Фамилия Милимулина — редкий пример, где основа, скорее всего, не русская, а тюркская или арабская, а вот суффикс — чисто русский, «-ин». Это сразу указывает на способ образования: от женского прозвища или имени Милимуля (или Милимула) по модели «чей?» — Милимулин сын, а затем и жена Милимулина. В русских фамилиях суффикс «-ин» обычно присоединяют к основам на -а/-я, поэтому Милимулина — это форма женского рода, закрепившаяся за всей семьёй, но изначально она могла означать «дочь или жена Милимулы».

Что стоит за самим словом «Милимула»? Самая вероятная версия — это искажённое или народно-бытовое произношение арабского имени Милимулла (от «миллат» — община, религия и «Аллах»). В татарской и башкирской среде такие сложносоставные имена с компонентом «улла» были распространены, и при переходе в русскую речь конечное «-а» стало восприниматься как окончание женского рода, хотя носителем имени был мужчина. Возможен и другой путь: от тюркского прозвища, связанного с корнем «мил» (например, в значении «верста», «столб» или «милый»), но это менее убедительно, так как суффикс «-уля» в русских прозвищах тоже встречается (как уменьшительно-ласкательный), и в таком случае Милимуля могло быть домашним прозвищем человека с именем Милий или Емельян.

Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным татарским и башкирским влиянием — Поволжье, Урал, юг России. Поскольку фамилия очень редкая, её сословная принадлежность не прослеживается чётко: она могла возникнуть и в крестьянской, и в купеческой среде, но почти наверняка не в дворянской, так как не фиксируется в родословных книгах. Единственная деталь, которая выделяет её из ряда похожих, — это необычный переход арабского имени через тюркское посредничество в русскую фамилию с сохранением женского окончания, что часто сбивает с толку при попытке определить пол предка.