Фамилия Дядюнина — это женская форма, а её основа — мужская фамилия Дядюнин. Если смотреть на словообразовательную модель, то перед нами классический «-ин» суффикс, который в русских фамилиях указывает на принадлежность: «чей?» — «дядин», «отцов», «мамин». В данном случае корень — «дяд(юн)». В отличие от распространённых фамилий вроде Дядин или Дядькин, форма Дядюнин встречается реже, и именно эта редкость даёт ключ к происхождению.

Скорее всего, в основе лежит не просто слово «дядя», а его уменьшительно-ласкательная или прозвищная форма — Дядюня. В русских говорах и в быту так могли называть младшего брата отца или просто старшего родственника, а также человека, который по возрасту годился в дяди. Прозвище Дядюня могло закрепиться за ребёнком, который рос в доме дяди, или за мужчиной с мягким, заботливым характером. Таким образом, Дядюнин — это «сын Дядюни» или «потомок того, кого звали Дядюней».

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с диалектным глаголом «дядюнить» (в некоторых говорах означало «нянчить», «ухаживать»). В этом случае прозвище Дядюня мог получить нянька или воспитатель при детях. Однако в ономастике более надёжным считается происхождение от личного прозвища, а не от редкого глагола.

Географически фамилия Дядюнин тяготеет к центральным и северным регионам России, где суффикс «-ин» особенно характерен. Встречается она и на Урале, но единично. Поскольку фамилия не принадлежала дворянству (в родословных книгах она не фиксируется), её носители, вероятнее всего, были крестьянами или посадскими людьми. В дореволюционных переписях Дядюнины могли записываться как в Вятской, так и в Костромской губерниях, но массового распространения фамилия не получила — она осталась локальной.