Фамилия Дмитриюк — яркий пример украинской модели образования фамилий на -юк. В ономастике суффикс -юк (наряду с -ук, -чук) считается типично западноукраинским и белорусским, особенно распространённым на Волыни, в Подолье и на Полесье. Он выполняет ту же роль, что и русский -ов/-ев или польский -ович: указывает на «сына» или «потомка» человека, чьё имя легло в основу. Таким образом, Дмитриюк буквально означает «сын Дмитрия» или «потомок Дмитрия».

Основа фамилии — каноническое мужское имя Дмитрий (церковная форма Димитрий), которое пришло на Русь из греческого языка и означает «посвящённый Деметре», богине плодородия. На украинских землях это имя было не менее популярным, чем в Московской Руси, и дало множество производных фамилий: Дмитренко, Дмитришин, Дмитрук, Дмитрюк. Фамилия Дмитриюк стоит в этом ряду как вариант с характерным для западных регионов суффиксом.

Интересная деталь: в отличие от русских фамилий на -ов (Дмитриев), где ударение обычно падает на первый слог, в фамилии Дмитриюк ударение, скорее всего, падает на последний слог — Дмитрию́к. Это тоже выдает её украинское происхождение, так как для украинской антропонимии типично ударение на суффиксе. Встречается и вариант Дмитрюк (без «и»), который мог возникнуть из-за редукции гласного в быстрой речи или как самостоятельная форма от краткого варианта имени Дмитро.

Поскольку фамилия образована от крестильного имени, её носители могли принадлежать к самым разным сословиям — от крестьян до казаков и мещан. Фамилии на -юк в массе своей закрепились за простыми людьми в XV–XVII веках, когда на украинских землях шёл активный процесс оформления родовых прозвищ. В документах фамилия Дмитриюк встречается в метрических книгах православных церквей Волынской и Подольской губерний XIX века, что подтверждает её региональную привязку.