Фамилия Людмилина — редкий пример фамилии, образованной не от мужского, а от женского имени. В русской традиции подавляющее большинство фамилий на -ин происходит от мужских прозвищ или имён: Пушкин (Пушка), Ильин (Илья). Людмилина же напрямую восходит к женскому имени Людмила. Это сразу говорит о том, что носитель фамилии — потомок женщины, которая в документах или в быту была записана как «Людмила» или «Людмилина дочь».

Словообразовательная модель здесь проста и архаична: основа имени Людмил- плюс суффикс -ин, который в древнерусском языке означал принадлежность. «Людмилин сын» или «Людмилина жена» — так могли назвать человека, чтобы отличить его от других, назвав по матери. Подобные фамилии (Наташин, Ольгин, Татьянин) встречаются, но они единичны по сравнению с «отцовскими». В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» такие случаи отмечены как возможные, но редкие, обычно связанные с внебрачным происхождением или с тем, что мать была более заметной фигурой в общине (например, вдова, владевшая хозяйством).

Само имя Людмила — славянское, составное: «люд» (люди) и «мила» (милая, дорогая). В крестьянской среде до XIX века оно было нечастым, чаще встречалось в купеческих и мещанских семьях. Поэтому фамилия Людмилина, скорее всего, не древняя (не из XV–XVI веков), а более поздняя — могла закрепиться в XIX веке при переписях или вольном оформлении фамилий бывшими крепостными.

Географически фамилия редкая, не привязана к одному региону. Встречается в центральных областях России и на Урале, но массовых очагов нет. Это тоже косвенно подтверждает, что фамилия возникла не в рамках стандартной «родовой» модели, а как единичный случай — по имени конкретной женщины, возможно, уважаемой в своей местности.