Фамилия Полюбин образована от имени или прозвища Полюба. В основе лежит древнерусское нецерковное имя Полюб, которое фиксируется в исторических документах с XV века. Имя это составное: первая часть «по-» выступает усилительной приставкой, вторая — корень «-люб-» от слова «любить». Таким образом, Полюб означало «очень любимый», «дорогой», «милый». Подобные имена с приставкой «по-» (Помил, Понеж, Покрай) были распространены в дохристианской Руси и отражали пожелание ребёнку счастливой доли.

Суффикс -ин — типичный для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я. Фамилия Полюбин буквально значит «сын Полюбы» или «потомок Полюба». Такую модель чаще всего получали крестьяне и посадские люди в центральных и северных губерниях России. В переписных книгах XVII века встречаются крестьяне Полюбины в Вологодском и Костромском уездах — это может указывать на очаг возникновения фамилии.

Редкая, но любопытная версия связывает фамилию с топонимом Полюбино — названием нескольких деревень в Тверской и Смоленской областях. Переселенцы из таких мест могли получить фамилию по названию родного села, хотя для модели на -ин это менее характерно: обычно топонимические фамилии давали через суффикс -ский.

В современной России фамилия Полюбин встречается нечасто, но стабильно: больше всего носителей в Тверской, Ярославской и Московской областях. Среди известных людей — советский военный лётчик Иван Полюбин (погиб в 1944 году, Герой Советского Союза). Фамилия сохранила память о древнем ласковом имени, которое когда-то давали ребёнку, чтобы подчеркнуть родительскую любовь.