Фамилия Холоднюк образована по одной из самых распространённых моделей в западноукраинском и белорусском именослове — от прозвища через суффикс -ук/-юк. Суффикс указывает на «малого», «потомка» или «ученика»: Холоднюк — это буквально «сын (или потомок) Холодня». В основе лежит прозвище Холодень, Холодь, Холод — человек с «холодным» нравом, сдержанный, неприветливый, либо, наоборот, тот, кто не мёрзнет и ходит легко одетым в стужу. В народной речи «холоднем» могли назвать и бедняка, у которого в доме вечно нет тепла, и даже нищего, который зябнет на паперти.

Географически фамилия тяготеет к Волыни, Западному Полесью и югу Брестчины — зоне активного бытования фамилий на -ук/-юк. В дореволюционных метрических книгах Холоднюки встречаются в Житомирском и Ровенском уездах, реже в Гродненской губернии. Это крестьянская фамилия: в ревизских сказках XVIII–XIX веков её носители числятся как «мещане» или «казённые крестьяне», без дворянского сословия. В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, модель на -юк почти не встречалась у высших слоёв, что подтверждает её народное происхождение.

Любопытная деталь: в украинском языке слово «холод» имеет и переносное значение — «лихорадка, озноб» (трясця). Поэтому прозвище Холод мог получить человек, перенёсший тяжёлую болезнь, или знахарь, лечивший от «холоду». Впрочем, версия с характером проще и правдоподобнее: прозвища по темпераменту — один из самых частых источников фамилий, и Холоднюк здесь в ряду таких же «температурных» фамилий, как Теплюк, Ступак, Зябко.

Сегодня Холоднюк — фамилия редкая, за пределами Украины и Беларуси встречается в основном в диаспоре. Написание через «ё» (Холоднёк) — ошибка, возникшая при русификации фамилии в советских паспортных столах, когда безударное «ю» заменяли на «ё» по слуху. Истинная форма — только через «ю».