Фамилия Дмытрюк — украинская по происхождению, и её разговорная форма сразу выдаёт регион, где она сформировалась. В основе лежит имя Дмытро — народный вариант канонического имени Дмитрий. В украинском языке, особенно в западных говорах, звук «и» в позиции после «д» переходил в «ы»: «Дмытро» вместо литературного «Дмитро». Это не ошибка, а диалектная черта, которая закрепилась в фамилиях на Волыни, Подолье и в Галичине.

Суффикс -юк указывает на модель патронимического образования, самую распространённую в Западной Украине. Он означает «сын» или «потомок»: Дмытрюк — буквально «сын Дмытра». Такие фамилии массово возникали в XVI–XVIII веках в среде крестьян и казаков, когда нужно было отличить одного Ивана от другого по имени отца. В отличие от центральноукраинских фамилий на -енко, которые чаще встречались на востоке и юге, суффикс -юк типичен именно для земель, входивших в Речь Посполитую, — Волынского, Киевского, Брацлавского воеводств.

Интересно, что фамилия Дмытрюк не имеет варианта с «е» в корне (Дметрюк), хотя в украинском языке существует форма «Дмитро» с мягким «д». Это говорит о том, что предки носителей фамилии говорили на говоре, где отвердение «д» перед «и» было нормой. В современных украинских диалектах такое произношение встречается на севере Ровенской и Житомирской областей, а также в некоторых районах Хмельнитчины.

Родственными фамилиями, образованными от той же основы, будут Дмытрук, Дмытренко, Дмытров, а также Дмитрюк (с литературным произношением). Все они восходят к имени Дмитрий, которое в христианской традиции связывали с великомучеником Димитрием Солунским. Однако в быту церковное имя быстро обрастало народными формами, и Дмытро — одна из них.

Сословно Дмытрюки, скорее всего, были крестьянами или мещанами. В реестрах казацких войск фамилии на -юк встречаются реже, чем у старшины, но среди рядовых казаков — вполне обычны. Если искать точную географию, то по данным переписей XIX века фамилия Дмытрюк плотнее всего представлена в западных уездах Волынской губернии, а также в Подольской губернии. В России она встречается редко и почти всегда — следствие миграций с Украины в советское время.