Фамилия Митюлин происходит от просторечного имени Митюля — одной из народных форм канонического имени Димитрий. В греческом языке это имя означало «принадлежащий Деметре», богине земледелия и плодородия, поэтому в основе фамилии лежит давнее имя, связанное с античной мифологией, а не с каким-либо ремеслом или прозвищем.

На Руси полное церковное имя Димитрий часто сокращали и переделывали на бытовой лад: Дмитрий, Митя, Митюха, Митяй и, наконец, Митюля. Такие усечённые формы были обычным делом в крестьянской и посадской среде, где длинное имя резало слух. От уменьшительного Митюля и возникла фамилия Митюлин: суффикс -ин указывает на принадлежность, то есть «сын Митюли», «ребёнок Митюли». Модель образования простая и распространённая: так же появились, например, фамилии Митюшин или Митюков, но у каждой из них своя основа — разные варианты того же Дмитрия.

Интересно, что фамилия Митюлин встречается реже, чем Дмитриев или Митяев, и это делает её более локальной. По говорам форма Митюля бытовала в основном в северных и центральных русских землях, где любили мягкие, ласкательные окончания имён. Поэтому предки современных Митюлиных, скорее всего, жили где-то в этих регионах, и фамилия закрепилась за их потомками без изменений, сохранив архаичный звуковой облик.

Иногда в фамилии видят связь с глаголом «митюлить» — в некоторых диалектах так говорили о медлительном, нерасторопном человеке. Но эта версия вторична: имя Митюля задокументировано в старых актах как самостоятельное личное имя, и именно от него логичнее выводить фамилию. Впрочем, нельзя полностью исключать, что в отдельных случаях прозвище Митюля могло прилипнуть к человеку по характеру, а уже потом стать фамилией, — но для большинства носителей верным остаётся «имянной» путь.

Сословных ограничений у фамилии не было: её носили и крестьяне, и мещане, и служилые люди. В документах XVII–XVIII веков встречаются Митюлины среди посадских и дворовых, что говорит о широком бытовании. Сегодня фамилия не частая, но и не исчезающая — она встречается в разных областях России, особенно там, где сохранились старые говоры. Для носителя фамилии Митюлин это память о предке, которого в быту звали ласково Митюлей, а по документам он числился Дмитрием.