Фамилия Железяк — редкий случай, когда прозвище, данное человеку, почти полностью совпало с фамилией, которую мы знаем сегодня. В основе лежит слово «железо», но не в прямом смысле металла, а как характеристика человека. Железякой на Руси называли крепкого, выносливого, упрямого или даже жесткого и несговорчивого человека. Прозвище могло закрепиться за кузнецом, работавшим с железом, но скорее всего, оно отражало характер: «крепкий, как железо».

Словообразовательная модель фамилии нестандартна. Суффикс -як (в белорусском и украинском вариантах часто -ак) указывает на принадлежность к определенному признаку или роду занятий. Сравните: рыбак, казак, бедняк, добряк. Железяк — тот, кто связан с железом или обладает свойствами железа. Фамилия могла возникнуть как в русской, так и в украинской или белорусской среде, где суффикс -як (-ак) особенно распространен. В украинском языке слово «залізяка» означает «железка», «кусок железа», что тоже могло стать основой для прозвища.

В отличие от фамилий типа Железнов или Железняков, где суффиксы -ов и -ев указывают на отчество («сын Железного»), Железяк — это прямое прозвище, которое не переделывали в патроним. Такие фамилии чаще встречались среди крестьян и казаков, где прозвища закреплялись в быту и передавались детям без дополнительных суффиксов. В документах XIX века форма Железяк могла фиксироваться как в русском написании, так и в украинском (Железяк, Залізяк), что затрудняет точную географическую привязку. Однако наибольшая концентрация носителей ожидаема на юго-западе России, в Беларуси и на востоке Украины.

Фамилия не принадлежит к дворянским или аристократическим родам. Она из народной среды, где прозвище давали по самому заметному качеству. В отличие, скажем, от фамилии Железняк, которая может восходить к названию профессии (железняк — рудокоп), Железяк звучит более разговорно и даже несколько фамильярно. Это не уменьшительная форма, а скорее прозвище-характеристика, которое могло закрепиться за человеком, которого в деревне называли просто «Железяка» — за его силу, упрямство или тяжелый нрав.