Фамилия Льольин — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. На первый взгляд её основа напоминает французское имя или слово, но в русской ономастике такое объяснение почти всегда оказывается натяжкой. Гораздо вероятнее, что перед нами пример фамилии, возникшей из прозвища или диалектного слова, которое со временем изменило звучание.

Ключ к разгадке — суффикс -ин. Он указывает на принадлежность: «чей?» — Льольин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Льоля. Само прозвище Льоля могло быть образовано от глагола «льолить» или существительного «льоль» в местных говорах. В некоторых русских диалектах, особенно северных и уральских, «льоля» — это ласковое обращение к ребёнку, младшему, а также к возлюбленному. Такое прозвище могли дать нежному, ласковому человеку или, наоборот, тому, кто часто употреблял это слово в речи. Возможна и связь с глаголом «лелеять» (заботиться, холить) — через форму «льолеять».

Менее вероятна, но формально возможна версия о происхождении от крестильного имени. В святцах нет имени Льоля, но оно могло быть уменьшительной формой от таких имён, как Леонтий (Лёля) или Елисей (Лёля). Однако в этом случае фамилия скорее писалась бы как Лёльин или Лельин. Написание через «ь» (Льольин) как раз и указывает на прозвищную, диалектную основу, где мягкий знак передаёт специфическое произношение.

Фамилия крайне редкая. В исторических документах и современных справочниках она почти не встречается. Это говорит о том, что она могла быть локальной, то есть бытовать в одной или нескольких соседних деревнях, и не распространиться широко. Предки носителей фамилии Льольин, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми из северных или центральных губерний России, где диалектная форма «льоля» была в ходу. Сословных перегородок для такой фамилии не было — её мог получить любой, кого в округе называли ласковым прозвищем.