Фамилия Байтуллина — женская форма фамилии Байтуллин, и её стоит рассматривать в паре с мужским вариантом, так как основа у них общая. В русской традиции фамилии на -ин/-ын указывают на принадлежность: Байтуллин буквально означает «сын (или потомок) Байтуллы». Это типичная модель для фамилий тюркского происхождения, которые входили в русский обиход через перепись населения и документы.

Корень фамилии — составное арабско-тюркское имя Байтулла. Первая часть, «бай», в тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) означает «богач», «господин», «хозяин», а в составе имени часто передаёт значение «богатый», «знатный» или служит усилительной частицей. Вторая часть, «тулла», — это арабское «Аллах» в местном произношении. Таким образом, имя Байтулла переводится как «богатство Аллаха» или «знатный раб Аллаха». В мусульманской ономастике такие имена (с компонентом «Аллах») — одни из самых распространённых: они выражают религиозное чувство и подчинённость Богу.

Фамилия Байтуллина (и Байтуллин) типична для татар и башкир. Встречается она также у казахов, но в той среде чаще фиксируется в форме Байтуллаев, с другим суффиксом. В русской среде фамилия закрепилась сравнительно поздно, в XIX — начале XX века, когда начался массовый учёт крестьян и мещан. До этого носители имени Байтулла обходились без фамилии, используя отчество.

Стоит обратить внимание на ударение. В татарском языке ударение обычно падает на последний слог: Байтуллина́. В русском быту часто смещают ударение на второй или третий слог (Байту́ллина или Байтулли́на), что не меняет смысла, но может указывать на степень обрусевшей семьи. В документах и архивах фамилия встречается в разных написаниях: через «ы» (Баитуллина) или с двойным «л» (Байтулина — реже, так как теряется связь с именем). Наиболее правильная и устоявшаяся форма — с двумя «л», отражающая арабское удвоение в слове «Аллах».

Если говорить о предках, то, скорее всего, носители фамилии были крестьянами или торговцами из волжско-уральского региона. Имя Байтулла давали в семьях, где хотели подчеркнуть благочестие и достаток одновременно — это не редкое, но и не самое массовое имя, поэтому фамилия сохранила оттенок индивидуальности. Встречается она неравномерно: чаще в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области и среди диаспор в Средней Азии.