Фамилия Устемчук — яркий пример украинской модели фамилий на -ук/-чук, распространённой в западных регионах Украины, особенно на Волыни и в Галичине. Суффикс -чук (фонетический вариант -ук) указывает на «сына» или «потомка»: в основе лежало личное прозвище или имя Устем, и Устемчук означал «сын Устема».

Корень «устем-» не относится к частотным в славянской антропонимии. Скорее всего, он восходит к древнему нецерковному имени Устема, которое могло быть образовано от глагола «устать» или существительного «уста» (рот, губы). В первом случае прозвище могли дать медлительному или утомлённому человеку, во втором — говорливому или обладателю заметных губ. Версия с «устать» правдоподобнее: в украинских говорах «устема» иногда фиксировалось как ироничное прозвище медлительного, «усталого» работника.

Менее вероятно, но допустимо, что основа связана с тюркским «устем» (верх, вершина) — через контакты с крымскими татарами или ногайцами. Однако для украинской фамилии эта этимология спорна: суффикс -чук — чисто славянский, и тюркская основа в нём выглядит чужеродно.

Географически Устемчук — фамилия редкая, сосредоточенная в исторических пределах Волынской губернии. Носители, вероятно, происходили из крестьян или мещан: фамилии на -ук/-чук в XIX веке были типичны для непривилегированных сословий, редко встречались у шляхты.

В написании обращает на себя внимание буква «е» в корне: в украинской орфографии она читается как [е], а не [э], что подтверждает местное произношение. В русской передаче фамилия иногда искажалась в Устимчук (от имени Устим), но это уже другая, хоть и созвучная, линия.