Фамилия Воленко образована по одной из самых распространённых в украинской и южнорусской ономастике моделей: с помощью суффикса -енко. Этот суффикс, который в XVII–XVIII веках был типичен для Поднепровья и Слобожанщины, изначально означал «сын» или «потомок», а позже закрепился как фамильный. Таким образом, Воленко — буквально «сын Воли» или «потомок человека по прозвищу Воля».

Основа фамилии — древнерусское прозвище Воля. Вопреки распространённому мнению, в народной культуре это слово редко означало «свобода» в современном смысле. Прозвище Воля чаще давали человеку, которого считали «милым, любимым, дорогим сердцу». Об этом говорят и поговорки, но с обратной стороны: «Волю дать — добра не видать», «Боле воли — хуже доля», «Дай душе волю, захочет и боле», «Дай сердцу волю, заведет тебя в неволю», «Дал муж жене волю, не быть добру». Воля в них — не столько свобода, сколько потакание себе, своеволие, которое осуждается. Значит, прозвище могло быть и с оттенком осуждения: так могли назвать человека своенравного, упрямого, поступающего по-своему.

Встречается и другая версия: в некоторых говорах «воля» означала «воля, желание», и прозвище могли дать человеку, который всегда добивался своего. Но первая, «ласкательная» трактовка (от значения «милый») считается более древней и правдоподобной для прозвищ, которые затем становились фамилиями.

Изначально прозвище Воля могло быть вторым, неофициальным именем. В среде, где было много тёзок, такие прозвища постепенно вытесняли крестильные имена из обихода и даже из документов. А с появлением фамилий в XVI–XVII веках на землях Речи Посполитой (куда входила и будущая Украина) форма на -енко закрепила за потомками это прозвище навсегда.

Родственные фамилии — Воленков (с русским суффиксом -ов), Волин, Вольский. Воленко — более редкий вариант, указывающий на южное, вероятно украинское происхождение рода. Географически фамилия чаще всего встречается в областях, которые исторически входили в зону расселения казачества: Черниговская, Полтавская, Сумская, а также в Краснодарском крае и Ростовской области — результат переселений XVIII–XIX веков.