Фамилия Мамайчук — характерный пример украинской модели образования фамилий, которая сразу указывает на регион происхождения. Её основа — имя Мамай, а суффикс -чук (вариант -ук/-юк) в украинской ономастике означает «сын» или «потомок». То есть Мамайчук — буквально «сын Мамая». Такая модель особенно распространена на западе и в центре Украины, в меньшей степени — на юге и востоке.

Само имя Мамай — неоднозначное. Самая известная ассоциация — хан Мамай, правитель Золотой Орды XIV века. Однако прямого родства с ним у большинства носителей фамилии нет. Скорее, это тюркское личное имя, которое в прошлом бытовало у народов, контактировавших с тюрками. В украинской среде имя Мамай могло попасть через татар или казаков. Есть и другая версия: в украинском фольклоре известен «казак Мамай» — собирательный образ запорожца, олицетворение вольности и удали. Прозвище Мамай могли дать смелому, независимому человеку или тому, кто носил характерную чуприну и усы, как на народных картинах.

Словообразовательно фамилия Мамайчук стоит в одном ряду с такими же украинскими фамилиями на -чук: Шевчук (сын шевца), Кравчук (сын кравца), Бондарчук (сын бондаря). Но в отличие от них, Мамайчук образован не от названия профессии, а от прозвища или имени. Это сближает её с фамилиями вроде Ивасюк (от Ивась) или Степанюк (от Степан). Интересно, что в русской среде встречается фамилия Мамаев, которая образована по другой модели — с суффиксом -ев. Мамайчук — явный маркер украинского происхождения, и носители этой фамилии чаще всего встречаются в западных областях Украины, а также в среде украинской диаспоры.

Сословно фамилия не указывает на дворянство: суффикс -чук в основном носили крестьяне и мещане. В реестрах запорожских казаков такие фамилии тоже встречались, но там преобладали прозвища, а не патронимы. Так что предки Мамайчуков — скорее всего, простые люди, чей родоначальник носил имя или прозвище Мамай.