Фамилия Желобенко образована от прозвища Желоб. В его основе — нарицательное «жёлоб»: длинное и узкое углубление, канал для стока воды, обычно выдолбленный в полукруглом бревне или сделанный из свернутого листового железа. Слово общеславянское, родственное литовскому želbė (корыто, лохань) и древнеиндийскому jhalā (русло). Прозвище могли дать по занятию: предок Желобенко мог выкапывать сточные каналы, делать деревянные желоба или быть плотником. Но возможна и вторая версия — по внешности: на Руси Жёлобом нередко называли высокого, худого человека, напоминающего формой узкое и длинное углубление.

Словообразовательная модель — суффикс -енко, типичный для украинских фамилий, особенно распространённых на Левобережье (Черниговщина, Полтавщина, Слобожанщина). В XVII–XVIII веках этот суффикс указывал на потомка: «Желобенко» буквально значило «малый Жёлоб», то есть сын человека по прозвищу Жёлоб. Позже прозвище полностью заменило наследственное имя как в быту, так и в официальных документах, а окончание закрепилось в паспортной фамилии.

Интересно, что в русских говорах у слова «жёлоб» есть добавочные значения: так называли и корыто для корма скота, и желобок на веретене, и даже впадину на спине у лошади. Поэтому прозвище могло относиться к человеку, работавшему с лошадьми или изготавливавшему деревянную утварь. В отличие от фамилий Желобов (с русским суффиксом -ов) или Желобин (с -ин), форма Желобенко чётко указывает на украинское происхождение и чаще встречается в южных и восточных областях Украины, а также среди потомков переселенцев на Кубани.