Фамилия Полыняк — яркий пример того, как географическая деталь становится семейным именем. Ее основа — «полынья»: незамерзающее или уже растаявшее место на льду реки, озера или моря. В говорах слово бытовало и в значении «прорубь», «открытая вода среди льдов». Человек, получивший такое прозвище, мог жить у постоянной полыньи, промышлять на ней рыбу или даже перевозить через нее — в местах, где ледовые переправы соседствовали с открытой водой. Фамилия редкая и очень локальная, ее география тяготеет к северным и сибирским регионам России, а также к украинскому Полесью, где реки зимой не всегда замерзают полностью.

Суффикс -як — один из характерных восточнославянских маркеров. В русских фамилиях он часто указывает на принадлежность к месту или характерный признак (ср. Пустяк, Двояк, а также фамилии на -ак/-як вроде Рыбак, Глушак). В украинской ономастике -як столь же распространен и нередко образует фамилии от названий профессий или локальных объектов. Таким образом, Полыняк — это «человек с полыньи» или «живущий у полыньи». Параллель с фамилией Полынов (от «полынь») возможна, но маловероятна: растение полынь дает основу с другим суффиксом, а значение «горький» или «пустынный» хуже ложится на бытовое прозвище рыбака или речника.

В исторических документах фамилия не частотна. Можно предположить, что она возникла в среде северных поморов, сибирских казаков или жителей речных поселений, для которых полынья была важным ориентиром и источником пропитания. В XIX веке такие прозвища нередко закреплялись как фамилии при переписях, особенно в отдаленных волостях. Вариант ударения — на последний слог (Полыня́к), что характерно для украинских и южнорусских фамилий на -як.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Полынев, Полынцев, Полынкин — показывает, что Полыняк стоит особняком. У них основа — «полынь» (трава), у Полыняка — «полынья» (вода). Это редкий случай, когда омофоны в основе расходятся по смыслу, и для этимолога здесь нет спора: прозрачная связь с зимним водным объектом перевешивает любые ботанические версии.