Фамилия Пестюк образована по древней восточнославянской модели с уменьшительно-ласкательным суффиксом -юк. Этот суффикс в украинском, белорусском и южнорусском ареалах выполнял ту же функцию, что и -ов, -ев в северной Руси: он превращал личное прозвище или имя в фамилию сына, потомка. «Пестюк» буквально означает «маленький Пест» или «сын Песта».

Основа «Пест» — это древнерусское прозвище. Самое прямое объяснение лежит на поверхности: пест — это деревянный или каменный стержень для растирания чего-либо в ступе. Прозвище Пест могли дать человеку коренастому, плотному, с крепкой фигурой — по сходству с этим орудием. В диалектах слово «пест» имело и переносные значения: так могли назвать упрямого, настойчивого человека, который «толчёт одно и то же». Встречается и версия, что прозвище связано с глаголом «пестовать» — нянчить, воспитывать, заботливо растить. В этом случае Пестом могли прозвать заботливого отца, опекуна или того, кто работал нянькой, пестуном. Эта гипотеза менее популярна, но ономастически допустима, так как параллели «пестун — Пестунов» встречаются в старых русских фамилиях.

Географически фамилия Пестюк тяготеет к западу и югу. Она встречается в украинских областях — Волынь, Подолье, Полтавщина, а также в Беларуси и в приграничных областях России (Брянская, Курская). Наличие суффикса -юк прямо указывает на украинский или белорусский ареал. В польском языке существует однокоренная фамилия Piestuk, что подтверждает западнославянские корни основы. В русских землях, где преобладали фамилии на -ов, -ин, фиксируется форма Пестов, Пестунов. Пестюк — её региональный вариант.

Таким образом, фамилия Пестюк принадлежит к числу прозвищных фамилий, отражающих внешность или характер предка. Её носитель в XV–XVII веках с высокой вероятностью был крестьянином или казаком, жившим на землях Речи Посполитой или в Малороссии. В официальных документах фамилия могла долго не фиксироваться, передаваясь устно, что объясняет её сравнительную редкость по сравнению с массовыми фамилиями на -ов.