Фамилия Олюков образована по древней восточнославянской модели — от краткого имени или прозвища Олюк с помощью патронимического суффикса -ов, который буквально означает «сын Олюка» или «принадлежащий Олюку». Сама основа Олюк — это производная форма от крестильного имени Алексей. В народной речи имя Алексей сокращалось до Алёша, Алёха, а затем до Алёк, Олёк. В диалектах, где «ё» переходило в «ю» (явление, характерное для некоторых северных и сибирских говоров), Алёк превращалось в Олюк. Таким образом, Олюков в исходном значении — «внук или потомок Алексея».

География фамилии узкая и показательная. Олюковы встречаются преимущественно на Южном Урале, в Башкортостане и Оренбуржье. Это зона позднего заселения XVIII–XIX веков, куда переселялись крестьяне из центральных губерний и куда ссылали на поселение. Фамилия закрепилась в среде государственных крестьян и казаков — сословий, где прозвища на -ук/-юк были обычны, а суффикс -ов добавляли при оформлении фамилий уже в церковных метриках.

Стоит обратить внимание на редкость суффикса -юк- в русской фамилии. Для украинских и белорусских фамилий сочетание -юк (Олюк) типично (ср. Олещук, Ковалюк), но в русском именослове оно встречается реже. Это наводит на мысль, что основа Олюк могла попасть в русскую среду через смешанные браки или переселенцев из западнорусских земель. Однако версия с диалектным переходом «ё» в «ю» выглядит убедительнее: она объясняет, почему фамилия осталась локальной и не ушла в широкое употребление.

Других распространённых версий происхождения нет. Попытка связать Олюкова с тюркским корнем (например, «ол» — сын, «юк» — груз) не выдерживает критики: суффикс -ов однозначно указывает на славянскую словообразовательную модель, а не на татарскую или башкирскую. Если предки носителя фамилии и имели тюркоязычное окружение, то сама фамилия всё равно была дана по русскому церковному имени.