Фамилия Килименчук — редкий пример украинской фамилии, образованной от прозвища, которое, скорее всего, связано с профессией или характером человека. Её основа — «Килимен» или «Килемен», а суффикс «-чук» типичен для Поднепровья и Западной Украины и указывает на «сына» или «потомка» (как русский суффикс «-ович» или польский «-ич»). То есть Килименчук — это «сын Килимена».

Самая вероятная версия происхождения — от тюркского слова «килимен» (или «келимен»), которое в украинских говорах могло означать «ковёр» или «войлок». В таком случае Килименом называли мастера по изготовлению ковров, войлочных изделий или торговца ими. Это ремесло было распространено среди запорожских казаков и переселенцев с юга, где кочевые народы славились валянием шерсти. Менее убедительная версия выводит прозвище из греческого «килима» (одеяло) — возможный след греческих колонистов в Причерноморье, но тюркский источник надёжнее из-за исторического соседства.

Второй вариант, хоть и более редкий, — прозвище могло быть искажением имени Клементий (Клим). В украинском языке имя Клим давало фамилии Климчук, Климович, но форма «Килименчук» могла возникнуть под влиянием диалектного произношения (с вставкой «-ен-» как в Килименко). Однако это маловероятно: при таком происхождении мы бы видели «Климчук» или «Клименчук», а не «Килименчук» — лишний слог явно указывает на самостоятельное слово.

Географически Килименчуки встречаются в основном в Хмельницкой и Винницкой областях Украины, а также среди диаспоры в Канаде и Аргентине. Фамилия не была дворянской — её носители, скорее всего, происходили из ремесленников или казаков. В дореволюционных метриках она часто записывалась на слух: «Килеменчук», «Келименчук», что подтверждает устный путь передачи прозвища.