Фамилия Николюнцев — пример того, как церковное имя обрастало уменьшительными формами, а те, в свою очередь, становились основой для фамилии. В её основе лежит имя Николай, одно из самых распространённых в святцах. Но путь от имени к фамилии здесь не прямой, а через промежуточную, разговорную форму.

Словообразовательная цепочка выглядит так: Николай → уменьшительное Никола (или Никула) → ещё более «домашняя» форма Николюня (с суффиксом -юн(я), свойственным для ласкательных имён) → отчество «Николюнцев» (чей? — сын Николюни). Суффикс -ев в конце указывает на принадлежность: так же, как Иванов — сын Ивана, так и Николюнцев — сын Николюни.

Стоит обратить внимание на редкий суффикс -юнц-. В русских фамилиях он встречается нечасто. Обычно от имён на -юня образовывали фамилии с суффиксом -ин (Николюнин), а здесь мы видим -ев, что говорит о том, что имя Николюня могло склоняться по мужскому роду (как «дядя»), давая родительный падеж «Николюнцев». Это косвенно указывает на то, что прозвище или домашнее имя было именно мужским, а не женским.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где были сильны традиции «уличных» фамилий, образованных от просторечных форм имён. В документах XVII–XVIII веков можно встретить крестьян с прозвищем Николюня, что подтверждает: носитель фамилии — потомок человека, которого в быту звали не официально Николаем, а по-свойски, ласково — Николюней.

Других версий происхождения, кроме как от имени Николай, у этой фамилии нет. Попытки связать её с профессией (например, с «николить» — в некоторых говорах «бездельничать») или с географическим названием выглядят натянутыми, так как суффикс -юнц- однозначно указывает на личное имя, а не на ремесло или местность.