Фамилия Козюлькин — редкий пример, где за привычным русским окончанием скрывается украинский корень. В её основе лежит мирское имя или прозвище Козюлька, которое восходит к украинскому слову «козуля» — «дикая коза, серна». В дохристианской традиции такое имя давали ребёнку, чтобы природа приняла его как своего: считалось, что вместе с именем к человеку перейдут быстрота и жизненная сила лесного зверя. Однако это лишь одна из версий.

По другой версии, прозвище Козюлька описывало уже взрослого человека. В украинских говорах «козуля» означала «серна», но в северных русских диалектах слово «козюля» имело совсем другое значение — «змея, гадюка». Если исходить из этого, прозвище могло закрепиться за сердитым, язвительным человеком. Третья версия, более прозаичная: Козюлькой называли резвого и проворного парня, который всюду поспевал первым.

Суффикс -ин указывает на типичную модель русских фамилий: «чей?» — «сын Козюльки». Такая форма была особенно распространена на севере и в центральных областях России, где фамилии на -ин чаще вытесняли южные -ов/-ев. То есть, несмотря на украинское происхождение основы, фамилия оформилась уже на русской почве.

Стоит сравнить Козюлькиных с однокоренными фамилиями: Козулин, Козулинский, Козюлин. Если Козулин почти наверняка образован от «козуля» (коза), то Козюлькин — более тёмный случай: двойное -юль- могло возникнуть как уменьшительная форма (Козюлька — «маленькая козочка») или как диалектное искажение. Точное место и время возникновения фамилии сейчас установить сложно — процесс формирования фамилий в крестьянской среде затянулся до XIX века, и письменных источников по такой редкой фамилии сохранилось мало.