Фамилия Байтулина — это женская форма фамилии Байтулин, и её происхождение почти наверняка ведёт к тюркским корням. Основа фамилии — имя или прозвище Байтул, которое состоит из двух частей: «бай» (богатый, господин, уважаемый человек) и «тул» (в тюркских языках может означать «удерживающий», «владеющий» или восходить к арабскому «тул» — «длинный», «высокий»). Таким образом, Байтул можно перевести как «богатый владелец» или «уважаемый господин». Это типичная для тюркских народов модель образования личных имён, где первая часть указывает на статус, а вторая — на качество или действие.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Байтулин, то есть «сын Байтула». В русской ономастике такой способ характерен для фамилий, произошедших от имён, прозвищ или профессий, оканчивающихся на согласный. Женская форма Байтулина закрепилась в официальных документах в XIX–XX веках, когда фамилии стали передаваться по наследству и жёны и дети получали вариант с суффиксом -а.

Географически фамилия Байтулина встречается в основном среди татар, башкир и других тюркских народов Поволжья и Урала. Это подтверждается данными переписей и телефонных справочников: наибольшая концентрация носителей — в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она и у казахов, но реже, так как у них прижилась форма с окончанием -ов/-ев или без суффикса вовсе.

Стоит отметить, что фамилия Байтулин (и Байтулина) не имеет отношения к русским дворянским родам — она однозначно народная, крестьянская или мещанская. Предки носителей фамилии, скорее всего, были либо зажиточными крестьянами (от «бай»), либо людьми, получившими прозвище за какой-то характерный признак — например, высокий рост или властность. Встречается также вариант написания Байтуллина — с удвоенной «л», что может указывать на арабское происхождение второй части (от «улла» — «Аллах»), но это уже другая фамилия, хотя и близкая по звучанию.