Фамилия Кирлюкова — женская форма фамилии Кирлюков, и её происхождение стоит искать в прозвище или имени, лёгшем в основу мужского варианта. В центре внимания здесь корень «Кирл-», который не является распространённым в русской ономастике. Скорее всего, он восходит к личному имени Кирл — одной из народных форм канонического имени Кирилл. В русских говорах имя Кирилл нередко сокращали и переделывали: отсюда Кир, Кира, Кирюха, Кирша, а также Кирл. Такое стяжение — «Кирилл» → «Кирл» — встречается в диалектах, особенно на севере и в центральной России, где звук «л» мог закрепиться в качестве суффиксального элемента.

Суффикс «-юк» в основе Кирлюк типичен для украинской и южнорусской модели образования фамилий. Он указывает на принадлежность или родство: Кирлюк — буквально «маленький Кирл» или «сын Кирла». Таким образом, Кирлюков — потомок человека по прозвищу или имени Кирлюк. Фамилия могла возникнуть в среде крестьян или казаков, где такие уменьшительно-патронимические формы были распространены. Встречается она преимущественно в южных областях России — в Ростовской, Волгоградской областях, а также в Краснодарском крае, что подтверждает её украинские корни.

Особенность фамилии — редкое сочетание корня и суффикса. В отличие от многочисленных Кирилловых или Кириных, Кирлюковы встречаются гораздо реже. Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Кирлюков стоит в одном ряду с Кирюковым (от Кирюк) и Кирюхиным, но отличается более архаичной и диалектной основой. Носитель фамилии Кирлюкова, скорее всего, ведёт род от человека, которого в быту звали не полным именем, а кратким — Кирл, что говорит о простом, недворянском происхождении предков.