Фамилия Коленчук ведет начало от имени Коленя — народной, разговорной формы крестильного имени Николай. Исходное греческое Nikolaos складывается из двух частей: nika («побеждать») и laos («народ»), так что полное значение имени — «победитель народов». Домашние формы вроде Коленя, Коля, Никола, Микола были распространены в крестьянской и мещанской среде, где полное церковное имя часто заменяли более привычным для повседневного обихода вариантом.

Суффикс -чук типичен для украинской, белорусской и южнорусской фамильной модели. Он указывал на родство: носитель фамилии Коленчук — потомок, сын или ученик человека по имени Коленя. Такая модель образования (имя + -чук) широко бытовала на Правобережной Украине, в Подолье и на Волыни, где фамилии на -чук особенно часты. В польской традиции аналогичную роль играл суффикс -czuk, что тоже могло влиять на написание в документах XIX века.

С точки зрения словообразовательной модели фамилия Коленчук стоит в одном ряду с такими же отыменными фамилиями, как Иванчук, Павлючук, Степанчук. Все они говорят о том, что родоначальника звали простонародной формой крестильного имени. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще фиксировали принадлежность к хозяину (вотчиннику), суффикс -чук указывал именно на родство по крови: «чей ты будешь?» — «Коленчук», то есть «Коленин сын».

Встречается также версия, что в основе могло лежать прозвище Коленя, образованное не от имени, а от диалектного слова «колено» — в значении изгиба, поворота или даже родословной ветви. Но это предположение менее убедительно: прозвище по части тела или по извилистой речке давало бы скорее фамилию Коленов или Коленский, а не Коленчук с уменьшительным суффиксом. Формант -ен-/-еня в восточнославянской антропонимии почти всегда маркирует именно ласкательную или обиходную форму крестильного имени.

Географически фамилия Коленчук сегодня встречается преимущественно в западных областях Украины (Волынская, Ровненская, Хмельницкая), а также среди потомков переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках носители фамилии записаны как мещане или государственные крестьяне, что типично для украинской модели фамилий на -чук: дворянские роды с таким окончанием редки.