Фамилия Костреюк — яркий пример того, как географическое положение предков может намертво закрепиться в родовом имени. Её основа — прозвище «Кострей» или диалектное «кострея». В говорах западных и южных областей России, а также в украинском и белорусском языках «кострей» — это не костёр, а сорная трава, костерь (Bromus), или же жёсткая, колючая часть стебля после обмолота льна, конопли. Человек с таким прозвищем мог быть сухощавым, цепким, с «колючим» характером, либо работать на льнообработке, где эта «костра» была постоянным спутником.

Суффикс -юк указывает на западноукраинское, реже южнобелорусское происхождение. В ономастике этот суффикс часто выполнял роль патронимического (чей сын? — Костреев), но в данном случае он закрепился за прозвищем, а не за каноническим именем. То есть Костреюк — это «сын Кострея» или «потомок того самого Кострея». Такая модель образования особенно характерна для Волыни, Подолья и прилегающих районов Полесья.

Интересно, что фамилия Костреюк не имеет отношения к огню (вопреки возможной ассоциации с «костром»). В отличие от фамилий Костриков, Костеров, которые могут быть связаны с разжиганием костров или сожжением чего-либо, Костреюк прочно стоит на растительно-ремесленной основе. Это сближает её с фамилиями Костров, Кострица, Кострец, где корень «костр-» означает нечто жёсткое, ломкое, негодное.

В исторических документах фамилия встречается редко, что подтверждает её локальный, крестьянский характер. Носители Костреюк — это, скорее всего, потомки земледельцев или ремесленников, связанных с обработкой льна, которые жили на границе украинского и белорусского этнических массивов. В современной России фамилия распространена преимущественно на юге и западе, а также среди переселенцев в Сибирь и на Дальний Восток.