Фамилия Патерек — редкий пример того, как географическое имя превратилось в фамилию без типичных русских суффиксов. Её основа — название населённого пункта Патерек, который существует в Словакии (район Кежмарок). Человек, переселившийся оттуда в другую местность, получал прозвище «Патерек» — по месту, откуда пришёл. Такая модель образования фамилий характерна для западных и южных славян, а в русской среде встречается редко, обычно у потомков выходцев из Карпатского региона.

Словообразовательно фамилия стоит особняком. В ней нет привычных русских суффиксов -ов, -ин, -ский. Окончание -ек — уменьшительно-ласкательное в словацком и чешском языках (ср. «патер» — отец, священник, но в названии села оно, скорее всего, не связано с духовным саном). Основа «Патер-» может восходить к личному имени или прозвищу, но в случае с топонимом первично именно название места.

Вторая, менее вероятная версия — фамилия могла возникнуть как польское или украинское прозвище-профессия. В польских диалектах «pater» (от лат. pater — отец) иногда называли школьного учителя или наставника, а суффикс -ek давал значение «сын или ученик такого человека». Однако эта гипотеза слабее топонимической: слово «патер» в значении «учитель» было книжным и локальным, а село Патерек реально существует.

Написание фамилии устойчивое, без вариантов вроде «Патерик» или «Патеряк» — это тоже указывает на конкретный топоним, а не на искажение другого корня. В русских документах фамилия встречается крайне редко, в основном у потомков словацких или польских переселенцев, осевших в западных губерниях Российской империи в XIX веке. Никаких знаменитых носителей фамилии Патерек в истории не зафиксировано, что неудивительно для столь малочисленного рода.