Фамилия Демидюк происходит от имени Демид — народной формы греческого имени Диомид, которое означает «божественная власть» или «мысль Зевса». В основе фамилии лежит крестильное имя, популярное в православной среде, а её главный отличительный признак — суффикс -юк. Эта модель типична для западноукраинского ареала: в Волынской, Ровенской, Хмельницкой и соседних областях фамилии с -юк встречаются повсеместно. Демидюк буквально понималось как «сын Демида» или «потомок Демида», то есть указывало на прямую родственную связь с человеком по имени Демид.

Фамилия сохранила ударение на последнем слоге — Демидю́к, что тоже характерно для украинских фамилий на -юк. В официальных документах XIX века её могли записывать через «и» или «ы» (Демидюк или Демидюк), но написание быстро устоялось. Сейчас Демидюки расселены не только на западе Украины, но и в южных областях России, а также в Беларуси — это следствие переселений и смешения населения в XX веке.

Интересно, что у фамилии нет варианта с русским суффиксом -ов (Демидов), хотя оба корня одни и те же. Разница только в географии: Демидовы — это севернее и восточнее, Демидюки — западнее. Внутри самой Украины фамилия Демидюк не уникальна: её «родственники» — Демиденко (центральные и восточные области) и Демидчук (ещё один западноукраинский вариант). Все они отталкиваются от одного имени, но суффикс чётко указывает, где именно жил предок.