Фамилия Килеменчук — яркий пример украинской модели фамилии, образованной от прозвища или имени с помощью суффикса -чук. Этот суффикс в украинской ономастике чаще всего указывает на потомка, сына или ученика: Килеменчук — «сын или потомок Килемена». Вся фамилия строится вокруг корня Килемен-.

Разбор этой основы — самая сложная и интересная часть. Прямого украинского слова «килемен» не существует. Скорее всего, это производная форма от имени или прозвища, в основе которого лежит тюркское «килим» (ковёр) или «келем» (приходи, иди). В украинских степях и на юге России тюркские заимствования были обычны: прозвище Килим могли дать торговцу коврами, ткачу или человеку, который любил лежать на ковре. Но суффикс -ен- в середине слова (Килим → Килемен) нехарактерен для украинского языка — он больше напоминает белорусскую или польскую модель, где -ен- могло быть частью имени (например, от Килемент, народной формы имени Климент). В таком случае Килемен — это сокращённая форма от Килементий, а Килеменчук — «внук Климентия».

Географически фамилия редкая и, судя по распространению, тяготеет к западноукраинским областям — Волыни, Ровенщине, Тернопольщине. Там же фиксируются однокоренные фамилии Килимчук, Килименчук, что подтверждает связь с личным именем, а не с ремеслом. В пользу версии «от имени» говорит и то, что суффикс -чук в этих краях массово присоединяли именно к христианским именам (Иванчук, Павлюк, Романчук). Таким образом, Килеменчук — это фамилия человека, чей предок носил имя Килемен (Климент) или прозвище Килим, но с бóльшей вероятностью — первое. Сословной привязки нет: такую фамилию мог получить и крестьянин, и мещанин.