Фамилия Думитриу — одна из тех, что сразу выдают нерусское, а точнее, молдавское или румынское происхождение. Её основа — имя Дмитрий, но в местной, восточно-романской огласовке оно звучит как Думитру. Суффикс -у в румынском языке — это показатель определённой формы, родительного падежа или принадлежности. То есть фамилия буквально означает «(сын) Думитру» или «из рода Думитру». Построена она по той же модели, что и русские фамилии на -ов/-ев: Иванов — сын Ивана, а Думитриу — сын Думитру.

В Молдавии и Румынии это одна из самых распространённых фамилий, особенно в северных и центральных районах. В русском контексте она появилась в основном после присоединения Бессарабии к Российской империи в начале XIX века, а затем — в результате миграций XX века. В документах её могли записывать по-разному: Думитриу, Думитру, реже Димитриу. Вариативность связана с тем, что в молдавском языке ударение в фамилии падает на последний слог, а в русском его часто смещают на второй.

Интересно, что в отличие от русских фамилий на -ов, которые различали поколения, Думитриу не менялась со временем. Человек с такой фамилией мог быть и крестьянином, и священником, и ремесленником — сословной привязки у неё нет. Но почти наверняка его предок носил имя Думитру, а не Дмитрий, что указывает на принадлежность к молдавской или румынской культурной среде. В русских метрических книгах XIX века эта фамилия встречается редко, чаще — в списках жителей Бессарабской губернии.

С этимологической точки зрения имя Думитру восходит к греческому Димитриос — «посвящённый Деметре», богине земледелия. Но в фамилии этот античный слой уже не ощущается: для носителя она значит «сын Думитру» и не более. Споров о происхождении здесь почти нет — версия одна, и она прозрачна.