Фамилия Павильчук — яркий пример восточнославянской модели с уменьшительно-ласкательным суффиксом. Её основа — имя или прозвище Павел, но через редкую диалектную форму.

В основе лежит каноническое имя Павел (от лат. paulus — «малый», «невысокий»). В украинском и белорусском языках это имя дало целый ряд производных форм: Павло, Павлюк, Павлюченко. Но фамилия Павильчук восходит к более редкой разговорной версии — Павиль. Это уменьшительное от Павел, образованное с помощью суффикса -иль (как Михаил — Михиль, Даниил — Даниль). В основе Павиль- добавился типичный для Западной Украины и Полесья суффикс -чук, обозначающий «сын» или «потомок». Таким образом, Павильчук буквально значит «сын Павиля» или «маленький Павел».

География фамилии указывает на Волынь, Ровенскую или Житомирскую области Украины, а также на приграничные районы Беларуси. Именно в этих регионах суффикс -чук является одним из самых распространённых. В польской ономастике встречается похожая форма Pawilczuk, что подтверждает давнюю традицию бытования имени Павиль в Речи Посполитой.

Сословно носители фамилии относились к крестьянству или казачеству. В реестрах XVIII–XIX веков Павильчуки — это чаще всего свободные земледельцы или мещане небольших местечек. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Павлюк, Павлюченко, Павлович) показывает, что Павильчук — более локальный вариант. Если Павлюк встречается по всей Украине, то Павильчук остался в узком ареале, где форма Павиль была живой в речи. Это делает фамилию ценной для диалектологов: она сохранила слово, почти исчезнувшее из современного языка.