Фамилия Валук — редкий для русской ономастики пример, где суффикс не указывает на отчество. В массе русских фамилий на -ов/-ев и -ин «Валук» стоит особняком: это не «чей-то сын», а, скорее всего, прозвище, застывшее в исходной форме. Модель образования — усечение основы с добавлением уменьшительного суффикса -ук, характерного для украинской, белорусской и южнорусской традиции. В этом ряду стоят фамилии Козлук, Борщук, Харчук — все они образованы от прозвищ или названий занятий.

Основа «вал-» ведёт к двум версиям, и обе имеют опору в словаре русских народных говоров. Первая: прозвище Валук могли дать человеку медлительному, неповоротливому. В диалектах «вал» — это неповоротливый, тяжёлый на подъём человек, а «валук» — его уменьшительная, даже слегка ласкательная форма. Вторая версия связывает фамилию с профессией: в ряде регионов «валить» значило рубить лес, а «валун» — лесоруб. Тогда Валук — это «молодой лесоруб» или «сын лесоруба». Обе гипотезы правдоподобны, но первая кажется более вероятной: прозвища по характеру давали чаще, чем профессиональные, а суффикс -ук в таком значении типичен для личных имён и прозвищ.

Географически фамилия тяготеет к западу и юго-западу России: её фиксируют в Брянской, Смоленской, Курской областях, а также на Украине. Это косвенно подтверждает связь с диалектной лексикой и традицией образования фамилий без патронимического суффикса. В центральных и северных губерниях России такая форма почти не встречается — там предпочли бы Валов или Валунов.

Написание фамилии устойчиво, но в дореволюционных метрических книгах можно встретить вариант «Валукъ» с твёрдым знаком на конце, что отражало старую орфографию, а не разное произношение. Ударение почти всегда падает на второй слог: Валу́к. В отличие от фамилий на -ук, которые иногда имеют польское или еврейское происхождение, Валук — однозначно восточнославянская фамилия, образованная от живого диалектного слова.