Фамилия Мртынюк с первого взгляда кажется нетипичной для русского слуха из-за скопления согласных в начале. Однако это как раз и выдаёт её происхождение: перед нами украинская или белорусская фамилия, образованная по модели, характерной для западнорусских земель. В основе лежит крестильное имя Мартын (каноническая форма Мартин), которое в украинском произношении часто теряло гласный и звучало как «Мртын». От этой стяжённой формы с помощью патронимического суффикса -юк и была образована фамилия.

Суффикс -юк (в русской передаче -юк) — один из главных маркеров украинской и южнобелорусской ономастики. Он означает «сын» или «потомок», то есть Мртынюк буквально — «сын Мртына». Такая модель массово распространилась в XVI–XVII веках, особенно на Правобережной Украине и в Галиции, где фамилии на -ук/-юк стоят на втором месте по частоте после фамилий на -енко. Интересно, что в отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые закрепляли принадлежность к отцу (Мартынов — «чей?»), украинские фамилии на -юк подчёркивали родство по прямой линии.

Само имя Мартын восходит к латинскому Martinus — «посвящённый Марсу», то есть воинственный. В народной среде его связывали не столько с античным богом, сколько с популярным святым Мартином Турским, покровителем путешественников и нищих. На Руси имя давали часто, а в украинских говорах оно дало целый ряд производных фамилий: Мартынюк, Мартинюк, Мартынов, а также редкие варианты с отпадением начального гласного — Мртынюк, Мртын.

Географически фамилия Мртынюк тяготеет к западным областям Украины — Волыни, Подолью, Галиции. В России она встречается редко, в основном как результат миграции XX века. В отличие от массового Мартынюка, форма Мртынюк — более локальная и редкая, что может указывать на конкретный говор или даже на ошибку при записи фамилии в документах (пропуск буквы «а» при переписывании). В любом случае, носитель этой фамилии может с высокой вероятностью считать своими предками украинских крестьян или казаков, носивших имя Мартын.