Фамилия Карлюгин образована от прозвища или нецерковного имени Карлюга. В этом слове легко угадывается тюркский корень «карлык» — так называли одно из древних тюркских племен, а в переносном смысле — «снежный человек» или просто «снеговик». В русских говорах слово «карлюга» могло означать нечто скрюченное, согнутое (сравните с диалектным «карлючить» — гнуть, корчить). Вторая версия менее вероятна, но тоже имеет право на существование: в некоторых областях «карлюгой» называли человека с картавым или невнятным произношением.

Модель фамилии простая: основа Карлюг- плюс суффикс -ин, указывающий на принадлежность. Такой суффикс типичен для фамилий, образованных от слов, оканчивающихся на -а или -я, и в древнерусской традиции означал «чей?»: Карлюгин — сын или потомок человека по прозвищу Карлюга. Аналогично построены фамилии Малюгин, Балюгин, Валюгин.

Географически фамилия редкая. По переписям XIX–XX веков носители Карлюгины встречались в основном на севере и северо-востоке европейской части России — в Вологодской, Архангельской, Вятской губерниях. Это регионы, где активно бытовали тюркские заимствования и диалектные слова, а также сохранялась традиция нецерковных имён. Встречаемость фамилии низкая: она не входит даже в тысячу самых распространённых русских фамилий.

Социальный состав предков, скорее всего, крестьянский или посадский. Фамилия не несёт следов дворянского происхождения или церковного сословия. В метрических книгах Карлюгины фиксируются как государственные или помещичьи крестьяне, изредка — мещане. Это типичная «деревенская» фамилия, образованная от прозвища, которое давали по внешнему признаку или поведению.

Интересная деталь: в некоторых говорах слово «карлюга» имело ироничный оттенок — так могли назвать несуразного, неловкого человека. Но не стоит воспринимать это как обидную характеристику: в народной ономастике прозвища часто давались «от противного» или просто по заметной черте, без злого умысла. Со временем прозвище закрепилось в фамилии, утратив первоначальный смысл.