Фамилия Паяк — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Если не знать контекста, её легко принять за украинскую или белорусскую: суффикс -ак типичен для восточнославянских фамилий (Козак, Гончак, Стебляк). Однако в данном случае географический и языковой след ведёт скорее на запад.

Основа фамилии — слово «паяк». В польском и белорусском языках «pająk» означает «паук». Фамилию могли дать человеку, который по роду занятий был связан с паутиной и ткачеством (в старых ремёслах паутина служила метафорой для тонкой пряжи), либо в качестве прозвища за цепкость, неторопливость или внешнее сходство. В украинских говорах «паяк» — это ещё и небольшой крючок или зацепка, что тоже могло стать основой для прозвища ремесленника.

Суффикс -ак в этой модели выполняет роль прозвищного форманта: от нарицательного слова образовывалось личное прозвище, которое затем закреплялось за потомками без дополнительных окончаний. То есть Паяк — это не «сын Паяка», а сам Паяк, прямой носитель прозвища. Такая модель характерна для западнорусских земель и особенно для территорий, где пересекались польское и украинское влияние: Волынь, Подолье, Гродненщина.

В русском языке слово «паяк» не встречается в таком значении. Поэтому если фамилия встречается у русских носителей, скорее всего, её принесли переселенцы из западных губерний Российской империи в XIX–XX веках. Встречаются варианты написания «Паяк» с ударением на первый или последний слог — в зависимости от региона. В польском оригинале ударение падает на первый слог: Па́ёнк.

Сведений о дворянском происхождении или массовом распространении фамилии нет. Это типичная фамилия крестьянского или мещанского сословия, возникшая из бытового прозвища. В современной России и Украине она остаётся редкой, но встречается в западных областях и среди потомков эмигрантов первой волны.