Фамилия Мамулькина женского рода, мужской вариант — Мамулькин. Её основа — слово «мамулька» или «мамуля», которое в русских говорах и в просторечии имеет два значения. Первое — ласковое обращение к матери, уменьшительное от «мама». Второе — прозвище изнеженного, избалованного человека, «маменькиного сынка» или дочки, которую мать слишком опекала. Второе значение для фамилии, скорее всего, основное: фамилии часто закреплялись за прозвищами, а не за родственными обращениями. Если бы предка звали просто «мамуля» в значении «мать», фамилия скорее осталась бы в кругу семьи, а не пошла в официальные документы.

Модель образования простая: суффикс -ин (в женском роде -ина) присоединился к основе на -а, что типично для русских фамилий от прозвищ и имён, оканчивающихся на гласный (ср. Папин, Дядин). Фамилия Мамулькин — патронимическая по форме, но по смыслу скорее прозвищная. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» есть указание на то, что фамилии от слов типа «мамуля» редки и встречаются в основном в северных и центральных областях России, где сохранились архаичные формы обращения. В говорах Вологодской и Архангельской губерний «мамулька» могла означать и кормилицу, и просто добрую женщину, что добавляет версию: предок мог получить прозвище по роду занятий или по характеру.

Встречаются однокоренные фамилии Мамулин, Мамушкин, Мамуров — все они идут от того же корня «мам-», но с разными суффиксами. Мамулькин выделяется именно ласкательным суффиксом -уль-, который придаёт фамилии оттенок уменьшительности. Это не дворянская фамилия — суффикс -ин и прозвищная основа указывают на крестьянское или мещанское происхождение. В современных базах данных носители фамилии Мамулькина встречаются преимущественно в Центральной России и в Поволжье, что подтверждает её исконно русский, не заимствованный характер.