Фамилия Нунукина — редкая и неочевидная для русского уха. Её формально-русский суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), но основа Нунук- не встречается ни в древнерусских именах, ни в распространённых прозвищах. Это заставляет искать корни за пределами славянского мира.

Наиболее вероятная версия связывает фамилию с тюркскими языками. В них корень «нун» или «нуну» мог означать «скрытый», «тайный» или «младенец» (в некоторых диалектах — ласковое обращение к ребёнку). Суффикс -ук в тюркских именах часто выполнял уменьшительно-ласкательную функцию. Таким образом, Нунук могло быть домашним прозвищем младшего сына или ребёнка с тихим, загадочным нравом. Русский суффикс -ин добавился уже на русской почве, когда фамилию адаптировали по модели «чей сын?» — Нунукин, а затем и женская форма Нунукина.

Менее убедительна, но возможна связь с греческим именем Нонна (в русской традиции — Нонна, через «о»). В диалектном произношении «о» могло перейти в «у», дав форму Нуна, а затем Нунук. Однако эта версия слабее, так как требует допущений о фонетических изменениях, не подтверждённых массовым материалом.

Географически фамилия тяготеет к южным регионам России и Поволжью, где исторически был силён тюркский субстрат. Встречается она крайне редко, что говорит о её локальном происхождении: скорее всего, один род дал начало всем носителям. В сословном отношении предки Нунукиных могли быть крестьянами или мещанами, получившими фамилию по уличному прозвищу при переписях XIX века.

Особенность этой фамилии — её звуковой облик. Двойное «ну» в начале создаёт эффект повторения, что в русской ономастике нетипично и выдаёт иноязычную основу. Если сравнивать с однокоренными, то в той же тюркской среде встречаются фамилии Нунуев, Нунушвили (с грузинским суффиксом), но Нунукина стоит особняком из-за редкого суффикса -ук.