Фамилия Вильголенко — редкий случай, когда географический корень и украинская модель словообразования соединились в одной основе. Это типичная фамилия украинского происхождения с суффиксом -енко, который в XVI–XVII веках закрепился как основной патронимический формант на территории Левобережной и Слободской Украины. Суффикс -енко означал «сын» или «потомок», то есть Вильголенко — «сын Вильгола» или «тот, кто из рода Вильгол».

Основа фамилии — Вильгол (Вильголь) — скорее всего, прозвище или адаптированное западное имя. Наиболее правдоподобная версия: это украинская переделка немецкой или польской фамилии Вильгельм (Wilhelm). В среде переселенцев, ремесленников или военных, особенно в эпоху Российской империи, немецкие имена нередко обрусевали через уменьшительные или прозвищные формы. Вильгол могло возникнуть как народное сокращение от Вильгельм (по аналогии с Ганс — Ганоль, Фриц — Фрицоль). В пользу этой версии говорит и то, что фамилия Вильголенко встречается в основном в регионах, где были немецкие колонии или польское влияние — например, в Херсонской, Екатеринославской губерниях, а позже в Запорожской области.

Менее вероятна, но возможна версия, что Вильгол — это прозвище от двух корней: «виль» (от укр. «виляти» — уклоняться, хитрить) и «гол» (от «голий» — голый, бедный). В таком случае прозвище могло означать «хитрый бедняк» или «уклончивый голодранец». Однако эта версия слабая: сочетание корней нехарактерно для украинской прозвищной традиции, где обычно берут один признак.

Фамилия не относится к дворянским — суффикс -енко в массе своей давали крестьянам, казакам и мещанам. Носители Вильголенко — это потомки людей, чей предок получил прозвище по имени или занятию, связанному с немецкими или польскими переселенцами. По данным современных справочников, фамилия редкая, встречается в основном в Украине (Запорожская, Днепропетровская области) и в южных регионах России (Краснодарский край, Ростовская область), куда переселялись украинцы в XIX–XX веках.