Фамилия Пупуляев — редкий и нестандартный случай в русской ономастике. Её основа, «пупуля», не встречается в словарях литературного языка, поэтому искать происхождение нужно в диалектах или звукоподражательных прозвищах.

Самая вероятная версия связывает фамилию с глаголом «пупить» — в ряде южнорусских и украинских говоров так говорят о надувании, разбухании, образовании пузырей. Отсюда «пупуля» — прозвище человека с округлой фигурой, пухлыми щеками или надутым видом. В этом же ряду стоят фамилии Пупышев, Пупырев, Пузанов — все они описывают внешность через образ чего-то вздутого.

Менее очевидная, но возможная версия — связь с птичьим названием. В орловских и курских говорах «пупуля» или «пупулька» — это удод, птица с хохолком и характерным криком. Прозвище Пупуля могли дать человеку, который подражал голосу удода, носил необычную шапку или просто жил в местности, где этих птиц было много. Такие «птичьи» прозвища часто переходили в фамилии без изменений.

Суффикс «-ев» указывает на русскую патронимическую модель: Пупуляев — «чей?» — «сын Пупули». Форма с «-ев», а не с «-ин», говорит о том, что основа оканчивалась на мягкий согласный или гласный, поэтому окончание «-а» в прозвище не помешало образованию фамилии по стандартной схеме.

Фамилия Пупуляев почти не встречается за пределами России и не имеет дворянских корней. Это типичное крестьянское или мещанское прозвание, которое закрепилось в одной из южнорусских губерний. Сравнение с однокоренными фамилиями (Пупулькин, Пупуленко) показывает, что все они образованы от одного прозвища, но в разных регионах выбрали разные суффиксы.