Фамилия Мамылина — женская форма, а мужская — Мамылин. Её основа — прозвище или нецерковное имя Мамыла. В русской ономастике это слово связывают с диалектным глаголом «мамылить» — говорить невнятно, мямлить, бормотать. Так могли прозвать неразговорчивого, медлительного человека или того, кто имел привычку тянуть слова. В говорах встречается и существительное «мамыла» — вялый, сонный человек.

Фамилия образована по продуктивной модели на -ин, которая в русском языке указывает на принадлежность: «чей сын?» — Мамылин, то есть сын Мамылы. Эта модель характерна для центральных и северных регионов России. В южных и восточных областях чаще встречались фамилии на -ов/-ев, поэтому Мамылин — скорее всего, фамилия из Владимирской, Ярославской, Костромской земель или из-под Москвы.

Менее вероятная, но не исключённая версия — связь с тюркским словом «мамыл» (смирный, ручной). В таком случае фамилия могла возникнуть в среде крещёных татар или в районах русско-тюркского пограничья, например в Казанской или Симбирской губерниях. Но основной корень — русский диалектный, и большинство носителей фамилии, по данным переписей XIX века, жили именно в центральных губерниях.

Фамилия недворянская и нестаринная: она не встречается в боярских списках и родословных книгах. Её носители — крестьяне, мещане, ремесленники. В писцовых книгах XVI–XVII веков можно найти упоминания крестьян с именем Мамыла, но как наследственная фамилия Мамылин закрепилась, скорее всего, только к XVIII–XIX векам. Сегодня фамилия редкая, распространена преимущественно в России и странах бывшего СССР.