Фамилия Мурмелюк — редкий случай, когда корень слова не имеет очевидных параллелей в современном русском языке. В ней отчетливо видна украинская или западнорусская модель образования с суффиксом -юк, который в белорусской и украинской традиции указывал на сына или потомка человека по прозвищу: Мурмель → Мурмелюк («маленький Мурмель» или «сын Мурмеля»). Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Мурмелю́к, как и у большинства фамилий на -юк.

Самая правдоподобная версия происхождения основы — от диалектного глагола «мурмелить» или «мурмылить». В говорах русского Севера и Урала это слово означало «ворчать, бормотать, говорить невнятно». Прозвище Мурмель могли дать человеку неразговорчивому, постоянно что-то бурчащему себе под нос, или, наоборот, тому, кто говорил тихо и невнятно. В украинских говорах есть схожий глагол «мурмотіти» — бормотать, но форма «мурмель» ближе к севернорусской и белорусской диалектной традиции.

Версия о связи с животным миром — например, с уменьшительным от «мурмур» (звукоподражание кошке) — менее состоятельна. Такие прозвища обычно давались за внешнее сходство или повадки, но в случае с кошкой фамилии образовывались бы через суффиксы -ов/-ев (Мурмуров), а не через -юк. К тому же в украинской ономастике прозвища по чертам характера встречаются гораздо чаще, чем по животным.

Географически фамилия тяготеет к западным областям Украины — Волыни, Подолью, а также к югу Беларуси. Встречается она редко, что подтверждает её диалектное происхождение: слово «мурмелить» не было общеупотребительным, а бытовало в узких говорах. Носители фамилии, по переписям XIX — начала XX века, фиксировались в основном среди крестьян и мещан — сословная принадлежность типична для фамилий на -юк, которые долгое время не были дворянскими.

Искать в фамилии Мурмелюк иноязычные корни (например, от немецкого Murmel — «шарик» или «сурок») было бы натяжкой: такая версия не объясняет ни суффикса, ни ареала бытования. Фамилия — чистый продукт восточнославянской народной антропонимии, где прозвище по речевой особенности закрепилось за родом.