Фамилия Тюлюлина хранит память о прозвище дальнего предка — Тюлюля. Это прозвище происходит от глагола «тюлюлюкать», то есть «насвистывать, напевать, петь пташкой». Так в народе говорили о человеке, который любил напевать мелодию себе под нос или подражал птичьему свисту. За таким прозвищем мог стоять либо характер — весёлый, жизнерадостный, лёгкий на подъём, — либо занятие: певец, музыкант, скоморох.

Прозвище Тюлюля закрепилось за человеком как самое употребительное именование, вытеснив в быту крестильное имя. Со временем оно легло в основу фамилии: потомок Тюлюли стал Тюлюлиным, а его дети и внуки — Тюлюлиными. В женском роде фамилия звучит как Тюлюлина.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий: суффикс -ин присоединяется к основе, оканчивающейся на гласный. Такой способ чаще встречался в северорусских и центральных землях, где фамилии на -ин образовывались от прозвищ с конечным -а или -я. Рядом стоят однокоренные фамилии Тюлюлин, Тюлюлюкин, Тюлькин — все они восходят к тому же звукоподражательному корню.

Сам глагол «тюлюлюкать» относится к пласту народной лексики, передающей звуки: он родственен междометию «тю-лю-лю», которым подзывали птиц или подпевали. В ономастических работах такие прозвища относят к группе «музыкальных» — их давали людям, чей голос или привычка напевать бросались в глаза окружающим. В отличие от фамилий, образованных от церковных имён, Тюлюлина несёт отпечаток живого обихода, а не официальной записи: прозвище могло закрепиться в семье ещё до того, как фамилии стали обязательными.

Точных сведений о древности фамилии и её первых носителях нет — письменные источники по ней не опубликованы. Но по модели образования она укладывается в пласт русских фамилий, сложившихся в XVI–XVII веках, когда прозвища окончательно превращались в наследственные именования. Сейчас фамилия встречается нечасто, что типично для прозвищных основ: такие фамилии реже распространялись за пределы одного региона или одной семьи.