Фамилия Орлюков — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано с птицей, но не с той, что приходит на ум первой. Вопреки ожиданию, корень здесь не «орёл», а «орлик» — уменьшительная форма от «орёл» или же название хищной птицы семейства ястребиных, орла-карлика. В говорах «орлик» могло быть и прозвищем человека — быстрого, зоркого, небольшого, но бойкого, «орлиного» нрава.

Модель образования типична для восточнославянских фамилий: основа Орлюк (Орлик) плюс патронимический суффикс -ов, означающий «сын Орлюка» или «из семьи Орлюковых». Чередование и/ю в корне (Орлик → Орлюк) — диалектная черта, характерная для южнорусских и украинских говоров, где «и» в безударной позиции могло переходить в «ю» или «е». Поэтому географически фамилия Орлюков тяготеет к югу России, к Курской, Воронежской областям, а также к восточным регионам Украины.

Словарь Б. Унбегауна фиксирует фамилию Орлюк как украинскую, образованную от имени или прозвища Орлик. В русском контексте суффикс -ов адаптировал её под общероссийскую модель, но исходная форма — Орлюк — осталась в документах XVII–XVIII веков как прозвище запорожских казаков и крестьян. Встречается и вариант Орликов — он звучит более «литературно», но Орлюков сохранил диалектный отпечаток, что делает фамилию маркером конкретного региона.

Интересно, что в старых переписных книгах нередко путали Орлюковых с Орловыми, считая первую просто искажением. Однако Орлюков — самостоятельное гнездо: есть однокоренные фамилии Орлюк, Орлюченко, Орлюковский. Все они восходят к одному прозвищному корню, но разошлись по разным территориям и сословиям. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано — скорее всего, предки носителя были вольными или крепостными крестьянами южных окраин, где прозвища по птицам давали легко и без затей.