Фамилия Нестюков образована от имени или прозвища Нестюк. Основа — уменьшительная форма от крестильного имени Нестор (греч. «вернувшийся домой»). В русской народной традиции полные имена часто сокращали, добавляя суффикс -юк (как Иван — Иванюк, Петр — Петрюк). Так появился Нестюк — «маленький Нестор» или «сын Нестора». Суффикс -ов в конце фамилии указывает на принадлежность: Нестюков буквально значит «сын Нестюка».

Географически фамилия тяготеет к юго-западным и западным регионам России, а также к Украине и Белоруссии. Суффикс -юк особенно распространён в украинской и белорусской ономастике, где он часто заменял русское -ов. Однако финальное -ов выдает, что фамилия оформлялась уже в русской среде: носитель мог быть выходцем с Украины, чью фамилию русифицировали, или же имя Нестюк бытовало в южнорусских говорах.

В дореволюционной России фамилия Нестюков не принадлежала к дворянскому сословию. Скорее всего, её носили крестьяне или мещане. Имя Нестор в народе не было таким частым, как Иван или Петр, поэтому фамилия осталась относительно редкой. Встречается она и сегодня, но преимущественно в небольших количествах, что подтверждает её локальное происхождение.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: Нестюк могло быть прозвищем от диалектного слова «нестюк» — так в некоторых говорах называли неуклюжего или медлительного человека. Но эта гипотеза слабая, так как слово не зафиксировано в основных словарях русских говоров, а имя Нестор даёт более надёжную и естественную этимологию.