Фамилия Деменюк образована по самой распространённой в украинской ономастике модели — с помощью патронимического суффикса -ук/-юк, который буквально означает «сын» или «потомок». В основе лежит имя Деменя — разговорная, обиходная форма крестильного имени Дементий. Полное имя Дементий происходит от латинского domo — «укрощать», а одним из его небесных покровителей считается святой мученик Дементий, пострадавший за веру среди сорока Севастийских мучеников.

Выбор именно уменьшительной формы Деменя, а не полного Дементий, — важная социальная примета. В среде, где фамилия закрепилась, полным именем обычно называли представителей знати или уважаемых глав семей, а простых людей — производными, обиходными вариантами. Поэтому Деменюк — это не «дворянский» Дементьев, а фамилия человека из крестьянской или казацкой среды, где имя Деменя было привычным и повседневным. Буквальный смысл фамилии — «сын Демени», что типично для украинских фамилий, фиксировавших имя отца в уменьшительной форме.

Интересно, что фамилия Деменюк почти не встречается в центральных и северных областях России, где преобладают фамилии на -ов/-ев. Её ареал — западные регионы Украины, особенно Волынь, Ровенская и Житомирская области, а также соседние территории Беларуси. Суффикс -юк указывает на юго-западный диалектный ареал, где такие формы были нормой. Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Дементьев — это «русский» вариант для высших слоёв, Деменчук — ещё одна украинская форма с тем же корнем, а Деменюк — конкретная региональная версия, закрепившаяся именно в западноукраинской традиции.