Фамилия Питулина — яркий пример «матронимической» фамилии, то есть образованной от женского имени. В основе лежит имя Питуля, которое могло быть как уменьшительно-ласкательной формой крестильного имени Пелагея (от греческого «пелагос» — море), так и производным от редкого имени Питирим (от греческого «питис» — сосна). В русской народной традиции имена часто сокращали до простых и ласковых форм, и Питуля — одна из них.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Питулина буквально означает «дочь (или жена) Питули». Такая модель типична для северных и центральных областей России, где матронимы были распространены чаще, чем на юге. Если бы фамилия образовалась от мужского прозвища, она звучала бы как Питулин (с ударением на последний слог, по аналогии с Пушкин), но форма Питулина с ударением на второй слог сохранила женский род основы.

Версия о происхождении от прозвища менее вероятна, но не исключена. В некоторых говорах «питуль» или «питуля» могло означать нечто маленькое, щуплое, или, напротив, быть искажением слова «петух» — задиристого человека. Однако учитывая, что фамилия не имеет широкого распространения и встречается преимущественно в Поволжье и на Урале, версия с именем Пелагея выглядит убедительнее.

Сословная принадлежность носителей фамилии, скорее всего, была крестьянской или мещанской. В документах XVII–XIX веков такие фамилии часто фиксировались у однодворцев и государственных крестьян. Фамилия Питулина — редкий случай, когда женское имя стало основой для родового прозвания, что говорит о сильной роли матери или бабушки в семье, либо о том, что предок был внебрачным сыном и записан по матери.