Фамилия Пентелейчук — характерный пример западноукраинской модели фамилий на -чук. Такие фамилии распространены на Волыни, в Подолье, на Буковине и в Галиции. Суффикс -чук (из -ук / -юк с добавлением ч перед гласным) указывает на значение «сын» или «потомок». В данном случае — «сын Пентеля» или «потомок Пентелея».

В основе фамилии лежит имя Пентелей — разговорная, народная форма канонического крестильного имени Пантелеймон. Это имя греческого происхождения (Παντελεήμων — «всемилостивый»), которое на Руси и в Украине часто упрощали: Пантелей, Пантелейко, Пентюх, Пентелей. Имя было популярным, потому что святой Пантелеймон считался целителем и покровителем врачей. Соответственно, предок носителя фамилии Пентелейчук с большой вероятностью был крещён как Пантелеймон, но в быту звался Пентелеем.

Иногда, однако, основой могло стать не имя, а прозвище. В украинских говорах слово «пентель» встречается в значении «петля», «шлёвка» или «застёжка» (от немецкого Bandel — тесьма, шнурок). Если прозвище Пентель дали человеку, который шил одежду или торговал тесьмой, то его сын тоже стал бы Пентелейчуком. Но эта версия менее вероятна: прозвище Пентель в чистом виде встречается реже, чем имя Пентелей.

Географически фамилия Пентелейчук привязана к западным областям Украины: чаще всего её носители встречаются в Ровненской, Волынской, Хмельницкой и Тернопольской областях. В России фамилия редкая и, скорее всего, появилась в результате миграции из этих регионов в XX веке.

По социальному происхождению большинство Пентелейчуков — потомки крестьян или мещан, так как в Речи Посполитой и Австро-Венгрии, где проживали их предки, фамилии на -чук были массовыми именно среди простого люда. Дворянских родов с такой фамилией в исторических источниках не зафиксировано.

Таким образом, фамилия Пентелейчук — это отчество, образованное от народной формы имени Пантелеймон. Она прямо говорит о том, что основатель рода носил это имя, и указывает на его западноукраинские корни.