Фамилия Дементеюк — классический пример украинской фамилии, образованной от имени. Её основа — разговорная форма Дементей канонического крестильного имени Дометий. В православных святцах имя Дометий (от латинского domitus — «укрощённый», «приручённый») встречается редко, поэтому в народе его переиначили в более привычное Дементий, а затем и в Дементей. Суффикс -юк указывает на украинское происхождение: в западных и центральных областях Украины, а также в южных районах Беларуси так образовывали фамилии, означающие «сын» или «потомок». То есть Дементеюк — буквально «маленький Дементей» или «сын Дементея».

Модель с суффиксом -юк — одна из самых продуктивных в украинской ономастике. Она встречается у фамилий, образованных от имён (Иванюк, Павлюк), прозвищ (Косюк) и даже названий профессий. Интересно, что в отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые фиксируют принадлежность отцу («чей сын?»), украинские фамилии на -юк более гибкие: они могли закрепиться за младшим членом семьи или обозначать человека из определённой местности. По этой причине носители фамилии Дементеюк исторически концентрировались на Волыни, Подолье и в Галиции — регионах, где суффикс -юк преобладает.

Редкость фамилии в том, что имя Дометий, от которого она произошла, не было широко распространено. В святцах известны святые Дометий Персиянин и Дометий Римский, но в быту имя встречалось редко, в основном в монашеской среде. Поэтому фамилия Дементеюк, несмотря на прозрачную этимологию, остаётся относительно малочисленной. Её носители — это, скорее всего, потомки крестьян или мещан из западноукраинских земель, где фамилии в массовом порядке закреплялись в XVIII–XIX веках.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Дементьев, Дементеев, Дементюк) подчёркивает региональную привязку. Если Дементьев — типично русская фамилия с патронимическим суффиксом -ев, то Дементеюк — украинская, с тем же корнем, но иной словообразовательной моделью. Встречается также вариант Дементюк (без «е»), который мог возникнуть из-за редукции гласного в безударном положении или под влиянием местных говоров. В любом случае, все эти фамилии восходят к одному имени, и их носители — дальние родственники по языку, если не по крови.