Фамилия Патрулина построена по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей — с суффиксом -ин. Он указывает на принадлежность: Патрулина — это «дочь (или жена) Патрули». В мужском варианте фамилия звучит как Патрулин, и именно от мужской формы образована женская.

В основе фамилии лежит некалендарное имя или прозвище Патруля. Это слово в русских говорах имело два основных значения. Первое — ласкательное или уменьшительное от «патриарх» или «патрон» (в смысле покровитель, хозяин), но такое толкование встречается нечасто. Второе, более вероятное и распространённое, связано с глаголом «патрулить» — то есть нести дозор, охранять. В народной речи «патруля» могла означать не только самого сторожа, но и непоседливого, беспокойного человека, который «всё патрулит», то есть постоянно ходит, высматривает, суетится. В некоторых областях так называли бродягу или шатуна.

Таким образом, прозвище Патруля мог получить либо сторож, ночной караульщик, либо, наоборот, человек с беспокойным характером, который не сидит на месте. Имя или прозвище Патруля фиксируется в исторических документах, например, в писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне и посадские люди с таким прозвищем, что указывает на его бытование в среде непривилегированных сословий.

Фамилия Патрулина распространена в разных регионах России, но заметно чаще встречается в областях, где были сильны северные и центральные русские говоры — в Вологодской, Архангельской, Костромской, а также на Урале. Это связано с тем, что прозвище Патруля было особенно характерно для поморских и вятских диалектов. Встречаются варианты написания с одной «т» — Парулина, но они гораздо реже и могут иметь другое происхождение (от имени Парфён или прозвища Паруля).

Разбор фамилии показывает, что предки Патрулиных были людьми простого звания — крестьянами или посадскими, а прозвище указывало либо на их занятие (караульная служба), либо на заметную черту характера.