Фамилия Марчулин — редкий пример, где суффикс -ин присоединился к основе, которая сама по себе уже является уменьшительной формой. Чаще всего -ин образует фамилии от названий животных, профессий или личных имён с окончанием на -а/-я (Петин, Кузьмин). Здесь же основа — Марчул, а это, скорее всего, вариант крестильного имени Марк или Маркел, пропущенный через народную переделку. Марк в русских говорах нередко превращался в Марчко или Марчук, а Маркел — в Марчулу. Суффикс -ул(а) в прозвищах и неканонических формах имён был характерен для юго-западных русских земель и Украины: он придавал слову оттенок ласкательности или, наоборот, фамильярности (сравните: Ванюла, Петрула). Таким образом, Марчулин — буквально «сын или потомок того, кого звали Марчул», то есть уменьшительно-ласкательного Марка или Маркела.

Словообразовательная цепочка здесь необычна: имя Марк → народная форма Марчук/Марчула → основа Марчул- → фамилия Марчулин. Суффикс -ин указывает на принадлежность, как в фамилиях от отчеств, и закрепился за этой основой, вероятно, в среде, где было принято образование фамилий именно по этой модели — в великорусских регионах. Если бы фамилия формировалась на Украине или в Белоруссии, она скорее имела бы вид Марчуленко или Марчульский.

Географически фамилия встречается точечно, без явного гнезда. Основные следы ведут в центральные и южные области России, а также в Поволжье — туда могли мигрировать носители с запада. В дореволюционных списках Марчулины изредка фиксируются среди крестьян и мещан, но массового распространения не получили: фамилия осталась редкой, что говорит о локальном происхождении от конкретного рода.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с диалектным словом «марчук» (комар, мошка) или с глаголом «марчать» (издавать глухой звук, ворчать). Но в этом случае ожидалась бы фамилия Марчуков или Марчукин, а не Марчулин. Форма на -ин прочнее всего привязывается к личному имени, поэтому версия с уменьшительным от Марка/Маркела — основная.