Фамилия Айзатулина — одна из тех, что прямо указывает на имя предка, причём имя это составное и восточное по происхождению. В основе лежит мужское имя Айзатула, которое образовано слиянием двух компонентов. Первый — «айзат»: в переводе с тюркского или арабского это «ребёнок, красивый, как луна». Имена с корнем «ай» (луна) на Востоке было принято давать младенцам, родившимся в полнолуние или при ярком лунном свете — считалось, что это принесёт ребёнку удачу и красоту. Вторая часть имени — «улла» — имеет два возможных толкования. По одной версии, это «сын» (указание на родство), по другой — форма слова «Аллах». В любом случае имя Айзатула осмыслялось как «сын Айзата» или «ребёнок, данный Аллахом, прекрасный, как луна».

Фамилию образовали по русской модели с суффиксом -ин, который в Поволжье и Приуралье часто присоединяли к тюркским и арабским основам. Айзатулин — буквально «потомок Айзатулы». Женская форма Айзатулина — это грамматическое изменение той же фамилии по роду.

Исторические документы подтверждают бытование фамилии среди татарского духовенства и крестьянства. В начале XX века в Кзыл-Октябрьском районе жил мулла Измаил Айзатулин (родился в 1860 году). В Саратовской области, в селе Верхазовка Дергачевского района, упоминается Айзатулин Мансур Сафунович (1890 года рождения). Эти записи показывают, что фамилия была распространена в среде татар-мусульман, причём носители могли быть и сельскими жителями, и религиозными деятелями.

Сейчас фамилия встречается преимущественно в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Саратовской областях, а также в среде татарской диаспоры в других регионах. Вариант с одной «л» (Айзатулин) встречается реже, чем с двумя (Айзатуллин), но оба восходят к одному корню. Разница в написании — не ошибка, а следствие разной передачи арабской буквы «лам» в русской транскрипции.