Фамилия Калуга — один из тех случаев, когда географическое название и личное прозвище так переплелись, что разобрать их по отдельности почти невозможно. Начнём с самого прямого объяснения: предок мог получить прозвище Калуга, потому что был выходцем из одноимённого города. Калуга — древний русский город, впервые упомянутый в грамоте литовского князя Ольгерда в 1371 году. Сторожевая крепость на Оке, форпост Московского государства, она не раз выдерживала осады, а её ратники бились на Куликовом поле. Человек, переехавший из такого места в другую местность, легко получал прозвище по названию родного города — так появились и Калугины, и просто Калуги.

Но есть и второй, не менее важный корень. Слово «калуга» в старину означало не только город, но и топкое, болотистое место, трясину. Это нарицательное значение могло стать основой прозвища для человека, жившего у болота или на сырой низине. Такие прозвища по природным объектам были очень распространены в русской деревне: они описывали место жительства, а не характер. В этом случае фамилия Калуга образована напрямую от прозвища без географической привязки к городу.

Менее вероятна гипостетическая версия о связи со словом «калуга» в значении «крупная рыба, вид белуги». Если бы прозвище дали рыбаку, скорее всего, оно звучало бы иначе — с уменьшительным суффиксом или в форме «Калужник». Тем не менее, и такой вариант полностью исключать нельзя: в северных говорах слово действительно фиксировалось.

Что касается словообразовательной модели, то фамилия Калуга — это бессуффиксная форма. В русской ономастике так нередко оформляли прозвища, которые затем закреплялись в качестве фамилий без добавления -ов или -ин. Такие фамилии чаще встречаются на юге России и в украинских землях, но и в центральных областях они не редкость. Поэтому Калуга могла остаться в неизменном виде, если предок был записан в ревизские сказки именно так.

Таким образом, у фамилии Калуга два примерно равновероятных источника: либо указание на место жительства (город или болото), либо прозвище по природному объекту. Второй вариант даже чуть древнее, так как слово «калуга» в значении «топь» старше самого города.