Фамилия Омелючук — довольно прозрачный пример западноукраинской модели образования фамилий. Её основа — имя или прозвище Омелько, уменьшительная форма от канонического имени Емельян (в народном произношении Омельян). Суффикс -ук (в украинском языке — -чук) указывает на принадлежность: «сын Омелька» или, шире, «потомок Омелька». Такой формант типичен для Волыни, Подолья и Полесья — регионов, где фамилии на -ук и -чук встречаются особенно часто.

Имя Емельян восходит к греческому «Aimilianos» — «ласковый», «приветливый». В народной среде оно трансформировалось в Омельян, а от него пошли десятки фамилий: Омельченко, Омельков, Омельчук, Омелюк. Омелючук стоит в этом ряду особняком из-за редкого суффиксального варианта — -ючук, а не -чук. Такая форма могла закрепиться в конкретной местности, где диалектное произношение дало «Омелюк», а затем добавился отчественный суффикс.

Скорее всего, первый носитель фамилии был сыном крестьянина или ремесленника по имени Омелько. На Волыни и в Галичине в XVII–XIX веках фамилии на -ук/-чук массово давали сельскому населению, не имевшему наследственного родового прозвания. Поэтому Омелючук — не дворянская и не купеческая фамилия, а типичная крестьянская, закрепившаяся в приходских книгах по отцу.

В современной России фамилия встречается редко и сосредоточена в западных областях, а также среди потомков переселенцев с Украины. Написание с буквой «ё» (Омелючук) — результат адаптации к русской орфографии, хотя в украинском варианте ударение падает на второй слог: Омелю́к.