Фамилия Кастюк — один из тех случаев, когда сразу видна южнославянская или западноукраинская огласовка. В ней нет типичного для русских фамилий суффикса -ов или -ин, зато есть уменьшительный суффикс -юк, который в украинском, белорусском и польском языках образует фамилии от имён и прозвищ. Если бы фамилия была русской, она скорее звучала бы как Кастюков или Кастин.

Основа фамилии — личное имя Кастюк. Это народная, разговорная форма христианского имени Константин. В украинском языке имя Константин через промежуточные формы Коста, Кость, Кастусь дало вариант Кастюк. То есть предок носителя фамилии, скорее всего, был крещён Константином, но в быту его звали ласкательно Кастюк или Кастусь. Такая модель образования фамилий — от имени отца через прибавление суффикса -юк — типична для Правобережной Украины, Волыни и юго-востока Польши.

Встречается, хотя и реже, версия, что Кастюк могло быть прозвищем, образованным от диалектного слова «касть» — в некоторых говорах так называли пакость, гадость, или от глагола «кастить» — пакостить. Но эта гипотеза слабая: прозвище с такой негативной окраской вряд ли стало бы основой для фамилии, которая закрепилась. Правдоподобнее всё же связь с Константином.

С географической точки зрения фамилия Кастюк распространена в Украине, особенно в западных областях — Львовской, Тернопольской, Ивано-Франковской. Встречается она и в Беларуси, а также среди потомков эмигрантов в Канаде и США. В России фамилия редкая и обычно указывает на украинские или белорусские корни рода.

По социальному составу носители фамилии Кастюк в XIX веке чаще всего были крестьянами или мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Фамилия не имеет вариантов написания с буквой «ё» — только через «о». Ударение в ней падает на последний слог: Кастю́к.