Фамилия Патрейко — украинская по происхождению, что выдает суффикс -ейко, характерный для западноукраинских и белорусских фамилий. В русской традиции такие фамилии обычно переоформлялись в Патрейков, но исходная форма сохранилась у потомков выходцев с Украины или у тех, кто записывал фамилию без адаптации. Суффикс -ейко — уменьшительно-ласкательный, он присоединялся к личным именам, прозвищам или названиям занятий, образуя фамилию по отцу: «чей?» — Патрейко, то есть «сын или потомок Патрея».

Основа фамилии — имя Патрей, которое на Руси было известно как народная форма канонического имени Патрикий. Это имя греческого происхождения (patrikios — «знатный», «патриций»), пришло на Русь вместе с христианством, но в быту быстро обросло просторечными вариантами: Патрей, Патря, Патруня. В святцах почитается святой Патрикий Прусский, но в народе имя ассоциировалось скорее с «патрицием» — человеком благородного происхождения, хотя в крестьянской среде это звучало иронично или просто как дань традиции.

Встречается и другая версия: Патрей — это диалектное прозвище, связанное с глаголом «патрать» (в некоторых говорах — «пачкать», «грязнить») или с существительным «патрея» (небрежный, неряшливый человек). Однако эта гипотеза менее убедительна: имя Патрикий было широко распространено, а прозвищная база для фамилии менее типична, учитывая, что суффикс -ейко чаще крепится к личным именам, а не к прозвищам.

Фамилия редкая, и её география сегодня размыта: Патрейко встречаются в основном на западе Украины (Волынь, Ровенщина) и среди потомков украинских переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке. В дореволюционных переписях носители фамилии числились преимущественно крестьянами и мещанами, что неудивительно: имя Патрикий в народной форме было особенно популярно именно в простонародье, а не в дворянской среде.