Фамилия Кастюлина — довольно редкая, и её разбор требует внимания к деталям, которые не лежат на поверхности. С точки зрения словообразования, это типичная «малая» фамилия на -ин, указывающая на принадлежность к роду человека, которого звали Кастюля. Основа здесь не от календарного имени, а от прозвища, и в этом кроется главная загадка.

Самая вероятная версия связывает прозвище Кастюля с диалектным словом «кастюля» или «костюля» — так в некоторых русских говорах, особенно на юге и западе, называли костыль, клюку или просто сучковатую палку для ходьбы. Прозвище могли дать человеку, который ходил с костылём из-за хромоты, либо же высокому, худому и нескладному человеку, которого сравнивали с длинной палкой. В этом случае фамилия Кастюлина — из числа прозвищ по внешнему признаку или физическому недостатку, что было распространённой практикой в крестьянской среде.

Менее вероятна, но тоже возможна связь с западнорусской или белорусской лексикой, где «кастюля» могло означать нечто вроде «катушка» или «моток» (от «касть» — куча, ворох). Однако эта версия слабее, так как не даёт яркой и понятной мотивации для прозвища. Притягивать версию о польском или литовском корне (например, от Kastuś — уменьшительной формы имени Казимир) стоит с осторожностью: форма «Кастюля» нехарактерна для польской уменьшительной модели, где скорее было бы Кастусь или Кастек.

Важно заметить, что фамилия Кастюлина — женская форма. Мужской вариант — Кастюлин. Встречаемость фамилии крайне низкая, она не фиксируется в крупных общероссийских списках распространённых фамилий и, скорее всего, имеет очаговое происхождение в одной из областей центральной России или Поволжья, где были сильны диалектные традиции. Носительницы фамилии, вероятно, происходят из крестьянской среды, где прозвища по физическим особенностям были обычным делом. Никаких известных исторических личностей с этой фамилией не обнаружено, что только подтверждает её локальный и «недворянский» характер.