Фамилия Федюлина — редкий случай, когда женская форма закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ин обычно образуются от основ на -а/-я: от имени Федя закономерно получается Федин, а Федюлина — это уже притяжательное прилагательное от прозвища или уменьшительной формы Федюля. То есть основа здесь не краткая, а полная, с суффиксом -ул-, который в русских говорах часто придавал имени ласкательный или даже пренебрежительный оттенок.

Корень прямой — уменьшительное от канонического имени Фёдор (греч. «дар Божий»). Федюлей в деревнях называли не только самого Фёдора, но и чьего-то сына или работника, если хотели подчеркнуть молодость или зависимое положение. В писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне Федюля, Федюлка — чаще всего в северных и центральных уездах. Фамилия Федюлин встречается в документах с XVIII века, а Федюлина могла первоначально означать «жена Федюли» или «дочь Федюли», но потом закрепилась как наследственная.

По географии фамилия тяготеет к Вологодской, Костромской и Архангельской областям — там, где диалектное -уля было особенно ходовым. В южных регионах России и на Украине эта форма почти не встречается: там предпочитали Федоренко или Федченко. Среди однокоренных фамилий Федюлина стоит особняком: Федюшкин, Федюнин, Федяев — все от разных уменьшительных, и путать их не стоит, хотя корень один.

Сословно носители фамилии — почти всегда крестьяне или однодворцы. Дворянских родов Федюлиных не зафиксировано, что типично для «уличных» прозвищных фамилий, не связанных с землевладением. В советское время фамилия не менялась, хотя встречались варианты написания Федюлина и Федюлино (последнее — как топоним или ошибочная форма).