Фамилия Чимилюк — редкий «географический» случай в русском ономастиконе. Её основа — не имя, не прозвище и не профессия, а название села Чимилово, которое стоит на реке Клязьме во Владимирской области. Жителей этого села в старину называли «чимиловцы», а отдельного человека — «чимилюк» или «чимиляк». Суффикс -юк/-ак в северо-восточных говорах часто прикрепляли к названиям мест, обозначая выходца: «откуда родом? — из Чимилова, значит чимилюк». Так что предок носителя фамилии почти наверняка вышел из этого конкретного села.

Само название села Чимилово — тёмное. Вероятнее всего, оно происходит от древнего мерянского или финно-угорского имени Чимила, которое встречается в документах XV–XVI веков. В тех краях, на Владимирщине, оставили след дославянские племена, и фамилии с основой «Чимил-» — один из немногих звуковых следов того населения. Никакого отношения к «чиму» или «чимику» (растение, гриб) слово не имеет: это именно антропоним, имя человека.

Модель образования типична для фамилий Владимирской и соседних губерний: основа от названия села плюс уменьшительный или «притяжательный» суффикс. Сравните с фамилиями Карплюк (от Карпово), Михелюк, Иванюк — там та же схема «топоним + -юк». В украинском языке суффикс -юк встречается чаще, но в данном случае он работает по русской диалектной модели, а не по украинской.

Фамилия осталась локальной: большинство Чимилюков до сих пор живут во Владимирской и соседней Ивановской областях, реже — в Москве и Подмосковье. Встречаются варианты написания Чимиляк и Чимилёк, но Чимилюк — основной. Дворянского происхождения у фамилии нет: это крестьянская или мещанская фамилия, закреплённая за выходцами из одного села.