Фамилия Дмитрюковы (в мужском роде — Дмитрюков) образована от имени собственного, а именно от производной формы крестильного имени Дмитрий. Имя Дмитрий пришло на Русь из греческого языка и означает «принадлежащий Деметре» — так звали богиню плодородия в античной мифологии. В основе фамилии лежит народная, «домашняя» форма этого имени — Дмитрюк. Такие уменьшительные варианты (Дмитрюк, Дмитраш, Митра) были широко распространены в быту, а официальное полное имя использовали преимущественно в церковных записях.

Суффикс -юк в имени Дмитрюк характерен для западнорусских и украинских говоров, где он выполнял роль уменьшительности или указывал на сына (сравните: Ивасюк — сын Ивана). Однако фамилия Дмитрюков получила уже великорусский суффикс -ов, который буквально означает «чей?» — то есть «сын Дмитрюка». Такая двойная модель (уменьшительное имя + -ов) встречается реже, чем прямое присоединение суффикса к полному имени, что делает фамилию интересным словообразовательным примером.

Точное место и время возникновения фамилии Дмитрюков установить сложно — фамилии на Руси складывались постепенно, в течение нескольких столетий. Но можно предположить, что предки носителей этой фамилии жили на стыке великорусских и малорусских земель, где имя Дмитрюк бытовало особенно часто. В отличие от более известных однокоренных фамилий (Дмитриев, Дмитров), форма Дмитрюков сохранила в себе именно диалектный, народный след — она не книжная, а живая, прозвищная по происхождению.