Фамилия Леемещук — редкий случай, когда основа, на первый взгляд, кажется заимствованной или искусственной, но на деле укладывается в живые словообразовательные модели западноукраинских фамилий. Ключ к разгадке — суффикс -ук (вариант -чук), который в Подолье, на Волыни и в Галичине был главным маркером принадлежности: «сын такого-то» или «ученик мастера». Двойной суффикс -ещ-ук встречается реже, чем простой -ук, но известен по фамилиям вроде Гринещук, Матещук или Иванещук. Он указывает, что основа — не имя в чистом виде, а его патронимическая или прозвищная форма на -ещ(а).

Наиболее правдоподобная версия: в основе лежит имя Лемеш или Лемещ(а) — производное от Лемех, которое в свою очередь восходит к украинскому «леміш» (сошник, плужный нож). Прозвище Лемеш могли дать кузнецу, пахарю или человеку с упрямым, «острым» характером. Фамилия Леемещук могла возникнуть в результате диалектного озвончения или ассимиляции: Лемещук (от Лемеш) превратилось в Леемещук под влиянием местного произношения, где «е» после плавных звуков удлиняется или редуцируется. На письме это закрепилось как редкое двойное «е».

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с польским lemię (темя, макушка) или белорусским лемяш (вид хлеба). Однако в украинском антропонимиконе именно «леміш» как основа для прозвищ встречается чаще всего — достаточно вспомнить фамилию Лемешев, широко известную в России. Леемещук, таким образом, стоит в том же ряду, но с чёткой региональной привязкой к западным областям Украины, где суффикс -ук вытеснил русское -ов.

Географически фамилия тяготеет к Тернопольской, Хмельницкой или Ивано-Франковской областям, где подобные образования на -щук особенно часты. Социально носители фамилии, скорее всего, происходили из крестьян-земледельцев или ремесленников, связанных с обработкой металла. Никакой связи с эстонским или финским языком (где «леэ» могло бы означать что-то своё) в данном случае нет — это чисто славянская модель, просто записанная в нестандартном фонетическом варианте.