Фамилия Пентелюк — хороший пример того, как географическое положение предков оказывается прямо «зашито» в фамилию. В основе лежит не имя и не ремесло, а название места — села Пентелуй или Пентелеу, которые встречаются на западе Украины, в частности в Хмельницкой и Ровенской областях. Человек, переехавший оттуда, получал прозвище Пентелюк, то есть «выходец из Пентелуя». Суффикс -юк типичен для западноукраинских фамилий, особенно для Волыни и Подолья: он работает как указатель на принадлежность к местности или роду, заменяя собой более привычный в восточной Украине суффиксальный ряд -енко.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с личным именем Пантелеймон. В народной речи имя нередко сокращали — Пантелей, Пентелей, а на западе Украины и в Беларуси его могли произносить как Пентелюй. От этой формы и пошёл Пентелюк, то есть «сын или потомок Пентелюя». Однако против этой версии говорит то, что от имени Пантелеймон чаще образовывали фамилии Пантелеев, Пантелейчук, Пантелеймонов, а форма с «н» вместо «нт» — признак именно местного говора, а не имени.

Словообразовательно фамилия прозрачна: корень Пентел- (от названия села или народной формы имени) плюс суффикс -юк. Ударение, судя по распространённости, падает на последний слог — Пентелю́к. Встречается фамилия преимущественно в западных областях Украины, а также среди потомков переселенцев в Молдове и Румынии, куда в XIX веке уезжали крестьяне в поисках земли. В русских переписях фамилия редка, и почти всегда указывает на украинские или смешанные корни.

Сословно носители фамилии — почти поголовно крестьяне и мещане. Дворянских родов Пентелюк не зафиксировано, что логично: фамилия образована от топонима небольшого села, а не от вотчины или герба. Если ваш предок носил эту фамилию, скорее всего, он был хлеборобом или ремесленником из западных губерний Российской империи.