Фамилия Домитрюк — характерный пример фамилии на -ук, распространённой в западноукраинском регионе, особенно на Волыни, в Галичине и на Подолье. Суффикс -ук (а также -юк) в украинской ономастике обычно указывал на сына или потомка: Домитрюк — это «сын Домитра». То есть в основе фамилии лежит народная, разговорная форма крестильного имени Дмитрий — Домитр (или Демитро).

Имя Дмитрий (греч. Demetrios — «посвящённый Деметре») в украинской среде нередко переоформлялось в Дмитро, а в ряде говоров — в Домитр, с ударением на втором слоге. Такая замена гласного «и» на «о» встречается в диалектах: ср. Дмитро — Домітро. Отсюда и фамилия Домитрюк, а не более привычное Дмитрюк или Дмитрук.

Важно не путать эту фамилию с Домотрюк или Домотрук — в них иная основа, возможно, от прозвища, связанного с глаголом «домотрити» (присматривать). У Домитрюк же прозрачная патронимическая модель: предка звали Домитр, он же Дмитро, Дмитрий.

В русском контексте фамилия редкая. На территории современной России она могла появиться с переселенцами из Западной Украины в XIX–XX веках. Сословной принадлежности у фамилии нет: -ук — суффикс, типичный для крестьян и мещан, а не для дворянства, которое чаще носило фамилии на -ов/-ев или -ский.

Если сравнивать с однокоренными, то Домитрюк стоит в одном ряду с Дмитриенко, Дмитраков, Дмитрук, Дмитришин. Но именно форма на -юк с корнем Домитр- выдает происхождение из западных областей Украины, где имя Дмитрий произносили как Домітр.