Фамилия Туленин образована от прозвища или нецерковного имени Ту́ля. В русских говорах «туля» — это медлительный, неповоротливый человек, а также тот, кто делает всё украдкой, тайком, «тулится». Глагол «тулить» означал «прятать, закрывать, убирать», отсюда и «туля» — скрытный или неторопливый. Модель типична: основа на -а, суффикс принадлежности -ин, указывающий на прямого потомка: «чей?» — Ту́лин сын, со временем — Туленин.

Важно не путать фамилию Туленин с более распространённой Тулин, хотя корень у них общий. Суффикс -ен- в Туленин — не уменьшительный, а скорее результат исторического изменения: в ряде говоров отчество от имени Туля звучало как «Ту́лин», но под влиянием форм на -еня (например, Туленя) или по аналогии с фамилиями вроде Коровин — Коровинин возник вариант Туленин. Другая версия — прозвище Туленя (от «тулиться» в значении «жаться, льнуть»), от которого и пошла фамилия через патроним «Туленин сын». Эта гипотеза правдоподобнее, так как прямо объясняет появление дополнительного слога.

Фамилия редкая, географически привязана к центральным и южнорусским областям, чаще встречается в Тамбовской, Рязанской и Воронежской губерниях — там, где активно бытовали говоры с глаголом «тулить». В документах XVII века встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Туля, но фамилия Туленин оформилась позже, уже в XVIII–XIX веках, когда отчества закрепились как наследственные.

Никакого отношения к слову «тула» (скрытое место) или городу Тула фамилия не имеет — это народное, бытовое прозвище, а не топонимическое. В списках дворянских родов Туленины не значатся: фамилия однозначно крестьянская или мещанская, что подтверждается её словообразованием и отсутствием в родословных книгах.