Фамилия Попелинова — редкий пример, где женская форма закрепилась в документах раньше или наравне с мужской, что часто случалось, если первым известным носителем была вдова или дочь, записанная в ревизских сказках. Основа фамилии — прозвище Попела, которое в южнорусских и украинских говорах означало «пепел», «зола». Человек с таким прозвищем мог быть пепельного цвета волос (очень светлый блондин, почти белый) или, наоборот, иметь привычку пачкаться в золе, работать у печи или заниматься выжиганием угля.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Попелин — «сын Попелы», а Попелинова — его жена или дочь. В отличие от фамилий на -ов/-ев, модель с -ин в русской традиции чаще образовывалась от основ, оканчивающихся на -а/-я, что прямо указывает на прозвищное происхождение. Ударение в фамилии плавающее: в центральной России чаще говорят Попе́линова, а на юге — Попелино́ва, что связано с местными диалектными нормами.

Слово «попел» (пепел) имеет общеславянские корни, но в литературном русском языке закрепилась форма «пепел» с начальным «е». Форма «попел» — диалектная, характерная для говоров Смоленщины, Брянщины, а также для украинского и белорусского языков. Поэтому географически фамилия тяготеет к западным и юго-западным регионам России, а также к современной Беларуси, где фамилии с корнем «попел-» встречаются заметно чаще.

В сословном отношении носители фамилии были преимущественно крестьянами или мещанами. В дворянских родословных книгах Попелиновы не значатся — прозвище слишком бытовое и не претенциозное. Однако в ремесленной среде прозвище Попела могло закрепиться за золотарями, печниками или угольщиками, что делает фамилию не только «цветовой», но и профессиональной.

Интересная деталь: в некоторых говорах слово «попел» имело переносное значение — «нечто никчёмное, пустое». В этом случае прозвище могло даваться человеку нерадивому или слабому. Но учитывая, что фамилия сохранилась и не исчезла, вероятнее, что исходное прозвище было нейтральным или даже ласкательным — например, так могли называть ребёнка с белыми волосами.