Фамилия Пуголовкин образована от прозвища Пуголовка. В основе лежит украинское слово «пуголовка», то есть головастик. Так в народе могли назвать человека с непропорционально большой головой — прямое и самое правдоподобное объяснение.

Но есть и вторая версия, связанная с рыбой пуголовкой. Это мелкие рыбы длиной 4–12 см, которые обитают в Черноморско-Каспийском бассейне. Их тело и особенно голова сплющены, кожа покрыта костными пластинками или зернышками, а иногда и вовсе голая — чешуи нет. Голова у них очень велика относительно туловища и хвоста, отсюда и пошло название. Если прозвище дали рыбаки, то Пуголовкой могли окрестить человека по сходству с этой необычной рыбой — например, за крупную голову или приземистую фигуру.

Какая версия вернее? Первая, с головастиком, выглядит предпочтительнее: слово «пуголовка» в значении «головастик» знакомо и украинцам, и жителям южнорусских областей, где фамилия встречается чаще. Рыбный вариант возможен, но он более узкий — требует, чтобы прозвище возникло именно в среде рыбаков Причерноморья или Прикаспия.

Суффикс -ин указывает на типичную русскую модель образования от прозвищ на -а/-я: Пуголовка → сын Пуголовки → Пуголовкин. Фамилия закрепилась за потомками человека с таким прозвищем и со временем стала наследственной.