Фамилия Майлюк — редкая, и её происхождение почти наверняка связано с тюркскими языками, а не со славянскими. Самая прямая и логичная версия: в основе лежит тюркское слово «майлы» — «жирный», «маслянистый», «плодородный». В казахском, башкирском и татарском языках «май» — это масло или жир, а «-лы» — словообразовательный суффикс обладания. Таким образом, «майлы» — «имеющий масло», «жирный». Прозвище Майлы (или Майлюк) могли дать человеку с тучным телосложением, либо, что не менее вероятно, зажиточному скотоводу, владельцу сытной пищи — жирного мяса и молочных продуктов. В кочевой культуре «жирный» — синоним богатого, сытого, удачливого.

Суффикс «-юк» в фамилии Майлюк — классический уменьшительно-ласкательный или патронимический формант, характерный для украинских, белорусских и южнорусских фамилий (сравните: Коваль — Ковалюк, Степан — Степанюк). Однако в паре с тюркским корнем он указывает на то, что фамилия сформировалась на стыке культур: тюркское прозвище Майлы попало в славянскую среду (скорее всего, на территории современной Украины или юга России) и было оформлено по местной модели. То есть предок носителя фамилии — не просто человек с тюркским именем или прозвищем, а его потомок, которого уже на славянской земле назвали «сыном Майлы» — Майлюком.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с личным именем Май (или Майя). В этом случае Майлюк — уменьшительная форма от Май, как Ивашко от Иван. Но в таком случае фамилия должна была бы быть более частой и иметь параллели вроде Майков, Маев. Редкость фамилии Майлюк склоняет к первой версии: она возникла не от распространенного имени, а от конкретного, яркого прозвища, которое закрепилось в одной семье.

Географически фамилия встречается в основном на западе и юге бывшей Российской империи — в Украине, Беларуси, а также среди казахских и татарских родов, где она могла сохраниться в исходной форме без славянского суффикса (Майлы, Майли). В русских переписях фамилия Майлюк — большая редкость. Социальный статус предков, скорее всего, был крестьянским или казачьим: прозвище, данное по внешнему признаку или достатку, типично для сельской среды.