Фамилия Недолугина — женская форма от Недолугин, и её разумнее всего разбирать через мужской вариант. Основа здесь — прозвище Недолугий, которое, скорее всего, давали человеку невысокого роста, коротышке. Слово «долгий» в северных и центральных русских говорах означало «длинный», «высокий»; приставка «не-» и суффикс прилагательного «-ий» складывались в прямую характеристику: «недолгий» — невысокий, низкорослый.

Модель образования типична для русских фамилий: усечённое прилагательное на -ий плюс патронимический суффикс -ин. Недолугин — буквально «сын или потомок Недолугия». Суффикс -ин указывает на принадлежность к конкретному лицу, а не к роду в целом (как -ов/-ев), что часто встречается в фамилиях, образованных от прозвищ с мягкой основой.

Есть и менее очевидная версия: в некоторых диалектах «недолугий» могло значить «неловкий», «неуклюжий» или даже «недотёпа» — от глагола «долугать» (сгибать, гнуть). Но она слабее, потому что такой глагол редок и плохо засвидетельствован в письменных источниках. Основное значение — рост — лежит на поверхности и подтверждается логикой народных прозвищ.

Географически фамилия тяготеет к северо-востоку России. Встречается в старых переписях Вологодской и Архангельской губерний, где слово «долгий» в значении «высокий» было особенно употребительно. В южных говорах «долгий» чаще означало «длинный» в пространстве, но не обязательно «высокий», так что прозвище там могли бы понять иначе.

Социально предки Недолугиных — скорее всего, крестьяне или посадские люди. Фамилия недворянская, не книжная, образована от бытового прозвища, что типично для непривилегированных сословий. Однофамильцы с ударением на второй слог (Недолу́гин) встречаются реже, чем с ударением на третий (Недолуги́н) — это тоже указывает на северное происхождение, где ударение часто смещается на окончание.