Фамилия Попелухина — женская форма фамилии Попелухин, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или профессией. Основа фамилии — слово «попел» или «пепел», но не в прямом значении сгоревшего вещества. В русских говорах «попелухой» или «попелушкой» называли золу, пепел, а также человека, который занимался золой — например, собирал её для изготовления поташа (щёлока) или работал на золотарне. Это было не самое престижное, но востребованное ремесло в деревенском быту: золу использовали для стирки, удобрения, производства стекла и мыла.

Суффикс «-ух-» в основе Попелухин указывает на характерный признак или действие. В ономастике такие суффиксы часто образовывали прозвища по роду занятий или внешности: «попелуха» — тот, кто возится с пеплом, или сам похож на пепельного цвета. Сравните с фамилиями Пепеляев, Золотарев, но Попелухин звучит более диалектно и реже встречается. Модель образования на «-ин» типична для русских фамилий, отвечающих на вопрос «чей?»: сын Попелухи.

Географически фамилия Попелухин (и Попелухина) чаще всего фиксируется в центральных и южнорусских регионах, особенно в бывших Орловской, Курской, Тамбовской губерниях. Там слово «попел» в значении «зола» было распространено в местных говорах. В письменных источниках XVIII–XIX веков встречаются крестьяне и однодворцы с такой фамилией, что подтверждает её простонародное, недворянское происхождение.

Есть и альтернативная версия, менее вероятная: связь с личным именем Попел (уменьшительное от Поп, но это имя крайне редкое и нехарактерное для русской традиции). Однако большинство исследователей сходятся на «зольном» значении. Таким образом, предки Попелухиной, скорее всего, были не аристократами, а людьми, чья жизнь была связана с печью, золой и повседневным крестьянским трудом — отсюда и прозвище, закрепившееся в фамилии.