Фамилия Пильнюк чаще всего встречается на западе Украины — в Волынской, Ровенской и Львовской областях. Её основа — слово «пильний», которое в украинском языке означает «внимательный, усердный, старательный». Суффикс -юк типичен для западноукраинской модели образования фамилий: он указывал на принадлежность к роду или на сына человека с таким прозвищем. То есть Пильнюк — это «сын Пильного» или «потомок того, кого прозвали Пильным».

Прозвище Пильный могли дать человеку за его характер: наблюдательному, дотошному, не упускающему мелочей. В крестьянской среде такой человек ценился — он не проглядит срок посева, не забудет починить сбрую, вовремя заметит трещину в крыше. Вторая, менее вероятная версия связывает фамилию с польским «pilny» (трудолюбивый, прилежный) — это могло быть прозвище батрака или мастерового, который работал без лени.

Словообразовательный ряд фамилии прозрачен: основа «пильн-» + суффикс -юк. Такая же модель встречается в фамилиях Бойко, Гнатюк, Петрюк, где суффикс выполняет роль патронимического показателя. В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые закрепились в документах раньше и охватывали более широкие слои населения, украинские фамилии на -ук/-юк долго оставались бытовыми, неофициальными. Их начали фиксировать в метрических книгах и ревизских сказках в основном в XIX веке, когда имперская администрация потребовала учёта всех подданных.

В написании фамилии встречаются варианты: Пильнюк, Пильнiук (в старой орфографии), изредка Пильник — под влиянием русского произношения. Но исходная форма с мягким знаком и суффиксом -юк сохранила украинскую фонетику. География фамилии подсказывает, что предки носителей были либо мелкими земледельцами, либо ремесленниками — в тех краях фамилии на -юк редко давали шляхте или духовенству.