Фамилия Патюка звучит нехарактерно для привычного русского уха окончанием на -а, но при этом не является украинской или белорусской в типичном понимании. В её основе лежит прозвище Патюка, которое, скорее всего, образовано от глагола «патюкать» или «патюкаться» — диалектного слова, означающего «говорить невнятно, бормотать, сюсюкать» или, в некоторых говорах, «возиться, пачкаться». Соответственно, прозвище могли дать неразборчиво говорящему человеку или, реже, неряхе.

Суффикс -ук- в русских и украинских фамилиях часто указывает на принадлежность к носителю признака (сравните: «крикун» — «Крикуха», «толстяк» — «Толстуха»). Форма Патюка — это, по сути, застывшая форма именительного падежа прозвища, которая без дополнительного суффикса (вроде -ов или -ин) и стала фамилией. Такая модель встречается в основном в западных и южных регионах России, а также на востоке Украины, где фамилии на -а (без наращения) не редкость: Шишка, Голова, Кривонога.

В отличие от фамилий, образованных от крестильных имён (Патюк могло быть производным от Павел или Патрикей), прозвищное происхождение здесь выглядит более убедительным из-за прямого значения корня. Фамилия не имеет отношения к знаменитым дворянским родам и, судя по географии, бытовала среди крестьян и мещан, где прозвища давались по внешним чертам или манере поведения. Встречается она крайне редко, преимущественно в единичных записях по югу России и в украинском Полесье.