Фамилия Павлунова — женская форма от Павлунов, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. Перед нами типичная русская фамилия на -ов, но с особенностью: основа «Павлун» уже содержит уменьшительно-ласкательный суффикс -ун, который в русской антропонимии встречается заметно реже, чем стандартные -к(а) или -уш(а). Этот суффикс придаёт основе оттенок просторечности или даже прозвищности: «Павлун» — это не просто Павел, а скорее Павлуха, Павлуша, но с более грубоватой или шутливой окраской. В старых документах такие формы часто фиксировали за крестьянами и посадскими людьми — в отличие от дворянских фамилий, которые образовывались от полного канонического имени.

Корень фамилии очевиден: крестильное имя Павел (от латинского paulus — «малый», «небольшой»). В православной традиции имя получило широкое распространение благодаря апостолу Павлу, поэтому его производные встречаются повсеместно. Однако форма «Павлун» не была повсеместной: она характерна для северных и центральных областей России, где -ун активно использовали для образования прозвищ (сравните: бегун, крикун, молчун). В ономастических трудах, например в работе Б. Унбегауна «Русские фамилии», подобные модели упоминаются как один из способов образования фамилий от народных форм имени, но без привязки к конкретному региону.

Другая версия, менее вероятная, но не исключённая: фамилия могла возникнуть от прозвища Павлун, данного человеку с каким-то ярким качеством или внешностью, которые ассоциировались с «павлином» (в народном произношении — павлун). Однако эта гипотеза слабая: во-первых, в русских говорах слово «павлун» в значении «павлин» почти не фиксируется, а во-вторых, от птичьих названий фамилии обычно образовывались через суффикс -ин (Павлин, Павлинов). Поэтому связь с именем Павел остаётся основной и наиболее правдоподобной.

География фамилии Павлунова не широкая, но устойчивая. По данным современных телефонных справочников и архивных записей, носители фамилии встречаются в Тверской, Ярославской и Вологодской областях, а также в Сибири — вероятно, как результат переселений XIX века. Социальный состав предков, судя по модели фамилии, скорее всего крестьянский или мещанский: в дворянских родословных книгах эта фамилия не зафиксирована. Иными словами, Павлуновы — потомки человека, которого в быту звали Павлуном, и эта форма закрепилась как родовое имя, перейдя в официальную фамилию после отмены крепостного права.