Фамилия Дмитрисюк образована от мужского крестильного имени Дмитрий (церковнославянская форма Димитрий), которое пришло из греческого языка и означает «принадлежащий Деметре» — богине земледелия и плодородия. В основу фамилии легла не полная, а производная форма этого имени — Дмитрися. Такая форма характерна для украинской и белорусской народной традиции, где имена часто усекали или смягчали для повседневного общения.

Модель образования фамилии — типично западноукраинская. Суффикс -юк указывает на родство по отцу: Дмитрисюк буквально означает «сын Дмитриси». Такие фамилии на -ук/-юк особенно распространены на Волыни, в Подолье и на западе Полесья, где в XVI–XVIII веках формировался основной массив фамилий сельских жителей. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые закрепились раньше и часто у дворян, украинские патронимы на -ук/-юк долго оставались неофициальными прозваниями и фиксировались в документах только при необходимости.

Сравнение с однокоренными фамилиями показывает, как менялся суффикс в зависимости от региона. Рядом с Дмитрисюком существуют Дмитренко (восточная Украина), Дмитриев (русская традиция), Дмитрашко (польское влияние). Вариант Дмитрисюк — один из самых редких в этой группе: он сохранил промежуточную форму имени Дмитрися, которая в других говорах могла звучать как Дмитриш или Дмитрусь.

География фамилии сегодня сконцентрирована в западных областях Украины, особенно в Хмельницкой и Ровенской, а также среди потомков переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке. В дореволюционных метрических книгах Дмитрисюки чаще всего записаны как крестьяне или мещане — сословия, где патронимическая фамилия на -юк была нормой. Никаких сведений о дворянском происхождении этой фамилии не обнаружено, что типично для моделей такого типа.