Фамилия Мурлыкин образована по самой распространённой в русской ономастике модели: от прозвища или имени через суффикс -ин. Этот суффикс указывал на принадлежность: Мурлыкин — значит «сын Мурлыки» или «человек из рода Мурлыки». Основа здесь — «мурлыка», слово, которое в народной речи означало кота, особенно домашнего, который мурлычет. Прозвище Мурлыка могли дать человеку, который издавал горлом похожие звуки — например, напевал себе под нос, говорил мягко, вкрадчиво или постоянно что-то бормотал. В некоторых говорах «мурлыкой» называли не только кота, но и ворчуна, брюзгу, который не высказывается прямо, а только недовольно урчит.

Интересно, что в отличие от фамилий на -ов, которые чаще образовывались от полных крестильных имён, фамилии на -ин нередко возникали от прозвищ, описывающих внешность, повадки или профессию. Мурлыкин — яркий пример именно прозвищной фамилии. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Мурлыка: например, в переписных книгах Новгородской земли записан крестьянин Мурлыка Иванов (1628 год). От них и пошли Мурлыкины.

С географической точки зрения фамилия редкая и тяготеет к центральным и северным регионам России: встречается в старых записях по Вологодской, Костромской и Ярославской губерниям. В XIX веке Мурлыкины фиксируются в основном как крестьяне и мещане. Дворянских ветвей с такой фамилией не известно — она осталась в простонародной среде.

Словообразовательно фамилия стоит в одном ряду с такими же «звукоподражательными» фамилиями, как Шипкин, Храпкин, Чихачёв, Буркин. Но если те фамилии образованы от глаголов действия (храпеть, чихать), то Мурлыкин — от существительного, обозначающего скорее постоянное свойство. Это делает её уникальной в ряду «кошачьих» фамилий: в отличие от Кошкина или Котова, где основа — просто название животного, Мурлыкин прямо указывает на характерный звук, а через него — на манеру поведения человека.