Фамилия Кавлюгин образована от прозвища Кавлюга. В основе, скорее всего, лежит глагол «ковать», а сама фамилия — один из вариантов прозвища Коваль. От того же корня пошли белорусская фамилия Ковлик, еврейская Ковлер и ряд других. В западных губерниях Российской империи ковалем называли кузнеца, так что прозвище Кавлюга относится к числу профессиональных именований — оно прямо указывало на род занятий основателя фамилии.

Фамилии с основой «кузн» (Кузнецов, Кузнецовы) особенно распространены на юге России, а формы на «ковал/ковл» — в Белоруссии и на Украине. Кавлюгин стоит в этом ряду, но с характерным суффиксом -юг-, который придаёт прозвищу слегка ироничный или уменьшительный оттенок. В белорусских и украинских говорах такой суффикс встречается нередко: ср. Кавлюга, Ковлюга, а также фамилии вроде Ковлюк.

Важно отметить, что написание «Кавлюгин» с буквой «а» в первом слоге — это результат аканья, то есть произношения безударного «о» как «а». В документах и записях XIX — начала XX века фамилию могли фиксировать на слух, поэтому исходное «Ковлюгин» превратилось в «Кавлюгин». Оба варианта встречаются, но в современных справочниках чаще пишут через «а».

Таким образом, Кавлюгин — это потомок кузнеца, прозванного Кавлюгой (или Ковлюгой). Фамилия закрепилась в среде, где кузнечное ремесло было обычным делом, а прозвище стало семейным именем.