Фамилия Местрюков — одна из тех, чей корень угадывается не сразу. Если отбросить типичный русский фамильный суффикс -ов, остаётся основа «Местрюк». Самое вероятное её происхождение — от прозвища или имени Местр, которое могло быть вариантом имени Митр (от греческого Димитрий) в южнорусских или украинских говорах. Чередование «и» и «е» в безударной позиции — явление распространённое, поэтому Местрюк — это, скорее всего, «человек из рода Митрофана или Дмитрия», переосмысленный в народной речи.

Менее очевидная, но возможная версия связывает фамилию с диалектным словом «местр» — так в некоторых областях называли мастера, умельца, знатока своего дела. В этом случае Местрюков — потомок человека, которого прозвали Местром за искусность в ремесле. Суффикс -юк характерен для западнорусских и украинских земель, он указывал на сына или ученика: Местрюк — «маленький Местр» или «сын Местра».

Фамилия редкая, её нет в массовых списках дворянских или купеческих родов. Скорее всего, предки Местрюковых были крестьянами или ремесленниками из южных или западных губерний Российской империи. Встречается она и в среде старообрядцев, которые нередко сохраняли архаичные формы имён и прозвищ. Географически фамилия разбросана: единичные носители есть в Поволжье, на Урале и в Сибири, что типично для переселенческих фамилий XIX века.

Словообразовательная модель проста: корень Местр- плюс уменьшительный или патронимический суффикс -юк и стандартный русский суффикс принадлежности -ов. Это говорит о том, что фамилия закрепилась в форме, типичной для северных и центральных областей, хотя её основа явно принесена с юга.