Фамилия Мухамедулин — наглядный пример того, как в русской ономастике приживались имена восточного происхождения. Её основа — арабское мужское имя Мухамедулла, что переводится как «хвала Аллаху» или «восхваляющий Бога». Это имя, в свою очередь, образовано от корня «Мухаммед» (прославляемый) с добавлением «-улла» (Аллах). Такой составной тип имён (теофорные имена с частицей «улла») распространён в мусульманской традиции, особенно у татар и башкир.

Словообразовательная модель фамилии проста и типична для русского языка: к основе Мухамедул- добавляется суффикс -ин. Этот суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Мухамедулин, то есть сын, потомок или человек из рода Мухамедуллы. В русской традиции фамилии на -ин чаще всего образовывались от имён, оканчивающихся на -а, -я, что и произошло в данном случае (Мухамедулла → Мухамедулин). Менее вероятно, но технически возможно, что фамилия произошла от прозвища Мухамедуля, однако это лишь вторичная гипотеза, так как имя-основа зафиксировано в документах.

Географически фамилия Мухамедулин наиболее характерна для Поволжья и Приуралья — регионов компактного проживания татар и башкир. В метрических книгах и ревизских сказках Оренбургской, Уфимской и Казанской губерний XIX века такие фамилии встречаются регулярно. Носители её, как правило, относились к сословию государственных крестьян или мещан, реже — к купечеству. Дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано.

Если сравнивать с однокоренными вариантами, то Мухамедулин стоит в одном ряду с фамилиями Мухамедшин, Мухамедьяров, Мухаметдинов. Разница в суффиксах отражает разные способы адаптации арабских имён в тюркской и русской среде: -улин (от «улла»), -шин (от «шах»), -динов (от «дин» — вера). Каждая из этих моделей по-своему привязывала человека к определённому имени предка, но фамилия Мухамедулин сохранила наиболее прямой, почти дословный перевод богословского смысла.

В советское время написание фамилии стабилизировалось, хотя в дореволюционных источниках можно встретить варианты Мухамедуллин (с двойной «л») или Мухаммедулин — это следы разного прочтения арабской графики и местных диалектных произношений. Сегодняшняя орфография закрепилась как наиболее простая для русского уха.