Фамилия Гаталайчук — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, не имеет однозначного толкования, но почти наверняка связано с украинским или белорусским диалектным словом «гатала». В говорах западных областей так могли называть человека неопрятного, неряшливого или нерасторопного, от глагола «гатать» (пачкать, марать). Менее вероятна, но возможна связь с «гата» — диалектным названием плотины или гати, что тогда прозвище мог получить строитель таких сооружений.

Модель образования фамилии — украинская, с суффиксом -чук, который в Поднепровье, на Волыни и в Галичине указывал на сына или ученика: Гаталайчук буквально значит «сын Гаталая». Сама основа Гаталай — это, скорее всего, форма имени или прозвища Гатала, адаптированная под восточнославянский лад с помощью типичного для личных имён суффикса -ай (как Богдан — Богданай). То есть исходное прозвище Гатала превратилось в уменьшительно-ласкательное Гаталай, а от него уже пошла фамилия.

Фамилия почти не встречается в России и центральной Украине, её ареал — западные области, особенно историческая Волынь и прилегающие районы Беларуси. В польских метриках XIX века можно найти похожие формы — Gatałaj, Gatałajczuk, что подтверждает западнорусское происхождение.

О сословной принадлежности носителей судить сложно из-за редкости фамилии, но суффикс -чук в XIX веке чаще всего носили крестьяне и мещане, реже — казаки. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках нет. В современной Украине фамилия Гаталайчук сохранилась в единичных случаях, преимущественно в Ровенской и Житомирской областях.