Фамилия Пенедюк — редкая и морфологически прозрачная, но её основа неочевидна. Она образована по украинской модели с суффиксом -юк, который указывает на принадлежность или родство: «сын (или потомок) человека по прозвищу Пенедь». Суффикс -юк характерен для западных и центральных регионов Украины, особенно для Волыни, Подолья и части Полесья. Таким образом, фамилия Пенедюк — типичный пример украинской патронимической фамилии, закреплённой в письменности в XIX веке.

Ключевой вопрос — что означало прозвище Пенедь, от которого пошла фамилия. Самая прямая версия: это вариант слова «пень» или «пенёк» через диалектное смягчение. В украинских говорах слово «пень» могло звучать как «пеня», «пенёк» — как «пенедь» (ср. «медвідь» из «медведь»). Прозвище Пенедь могли дать человеку коренастому, приземистому, крепкому, либо упрямому — по аналогии с тем, что пень трудно выкорчевать. В этом случае фамилия Пенедюк означает «сын Пенеди», то есть потомок человека, похожего на пенёк.

Вторая, менее вероятная, но возможная версия связывает основу с диалектным глаголом «пенити» (пениться, бурлить) или «пеняти» (укорять, жаловаться). В этом случае Пенедь — прозвище ворчливого, брюзгливого человека. Однако первая версия (от «пня») представляется более правдоподобной, поскольку прозвища по внешним физическим признакам были более распространены, чем по манере поведения.

Фамилия Пенедюк практически не встречается за пределами Украины и, вероятно, имеет узколокальное бытование. Поскольку в основе лежит не церковное имя, а прозвище, носители этой фамилии, скорее всего, происходят из крестьянской или казачьей среды, где фамилии закреплялись по уличным прозвищам. В сословных списках Российской империи такая фамилия почти не фиксируется, что подтверждает её позднее оформление и региональную привязку к Западной Украине.