Фамилия Косменюк построена по типичной для западноукраинского и польского ареала модели: к основе добавляется суффикс -юк. В украинской ономастике этот суффикс указывает на «сына» или «потомка» (как русский -ович или белорусский -ёнок). Таким образом, Косменюк — буквально «сын Косменя». А само имя Космень — это народная, разговорная форма канонического крестильного имени Косма (в церковнославянском произношении — Козьма). Имя древнегреческого происхождения, от слова «космос» — «мир, порядок, украшение». В святцах известны братья-бессребреники Косма и Дамиан, покровители ремесленников и врачевателей.

Фамилия Косменюк — сравнительно поздняя. Массово фамилии на -ук/-юк закреплялись на Волыни, Подолье, в Галиции и на Буковине в XVIII–XIX веках, когда польская и австрийская администрации ввели обязательную фиксацию фамилий для крестьян. До этого человека могли называть просто «Косменев сын» или «Косменюк» как уличное прозвище. Поэтому географически фамилия тяготеет к западным областям Украины, а также к приграничным районам Беларуси и Польши, где украинское население исторически преобладало.

Интересная деталь: в русском языке имя Козьма дало фамилии Козьмин, Козмин, Кузьмин — с суффиксами -ин и -ов. Украинская фамилия Косменюк сохранила более архаичное звучание основы без перехода «о» в «у» (как в украинском Кузьма). То есть носитель фамилии Косменюк по происхождению — потомок человека, которого в быту звали Космень, а не Кузьма. Это указывает на регион, где говорили на говорах, близких к северным украинским или южнобелорусским, где форма «Косма» держалась дольше.

Встречается также вариант Косменюк с ударением на последний слог, что характерно для подольских и галицких говоров. Если фамилия пишется через «ё» (Косменюк), это может быть результатом русификации при советской паспортизации, когда украинское «і» заменяли на «е» или «ё». Прямых данных о дворянском происхождении фамилии нет — скорее всего, предки были крестьянами или мещанами, поскольку суффикс -юк в исторической перспективе был маркером непривилегированного сословия.