Фамилия Летвенюк — это, скорее всего, не самостоятельное образование, а фонетический вариант более распространённой фамилии Литвинюк. Связь прослеживается через прозвище Литвин, которое в старину давали не только выходцам из Литвы, но и белорусам. До конца XVIII века белорусские земли входили в состав Литовского, а затем и Польско-Литовского государства, и слово «литвин» стало этническим обозначением для их жителей в глазах русских. Прозвище было настолько ходовым, что его носили даже князья: в документах конца XV века упоминается князь Семён Михайлович Литвин Мосальский, от которого пошли Литвиновы-Мосальские.

В фамилии Летвенюк «е» вместо «и» могло появиться под влиянием местных говоров, где безударный звук произносится как «е», или из-за ошибки писаря, записавшего фамилию на слух. Суффикс «-юк» указывает на западноукраинское или белорусское происхождение: в этих регионах он заменял великорусские суффиксы «-ов» и «-ин». То есть Литвинюк — это «сын Литвина», а Летвенюк — тот же смысл, но в искажённом виде.

Есть и другая, менее вероятная версия: основа могла быть не прозвищной, а нарицательной — от болгарского слова «летва» (рейка, планка). В этом случае прозвище Летвенюк могли дать высокому и худощавому человеку, похожему на жердь. Однако эта гипотеза слабее: болгарская основа нехарактерна для украинско-белорусского суффикса «-юк», и таких параллелей в фамилиях региона почти нет.

Как бы то ни было, в повседневном обиходе прозвище Литвин со временем полностью вытеснило прежнее родовое имя, закрепившись в официальных документах уже в форме фамилии. Летвенюк — один из тех редких вариантов, где написание сохранило живую народную речь, а не книжную норму.