Фамилия Улюлина — женская форма мужской фамилии Улюлин, а та образована от имени или прозвища Улюля. Самое вероятное происхождение — от диалектного глагола «улюлюкать», то есть кричать, гикать, издавать охотничий клич при травле зверя. В русских говорах «улюлю» — возглас, которым подбадривают гончих. Прозвище Улюля могли дать человеку крикливому, шумному либо тому, кто работал с собаками и постоянно покрикивал на них — псарю или охотнику.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Улюлин — «сын Улюли». Такая модель типична для фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я, и встречается в северных и центральных русских регионах чаще, чем на юге. Встречается также вариант Улюлин с ударением на последний слог, что не меняет сути, но может говорить о разной диалектной среде.

Есть и другая версия: корень «улю» мог быть связан с тюркскими языками, где «ул» означает «сын» или «мальчик», а повтор — уменьшительно-ласкательная форма. Но это слабая гипотеза: в тюркских фамилиях на -ин почти не образуются, а основа Улюля нехарактерна для татарских или башкирских прозвищ. Правдоподобнее исконно славянское объяснение через охотничий выкрик.

По данным переписей, фамилия Улюлина встречается в Поволжье и на Урале, особенно в Пермском крае и Кировской области. Это совпадает с районами, где была развита псовая охота и сохранялись архаичные диалекты. В дореволюционных источниках Улюлины числились среди государственных крестьян и мещан — то есть предки не принадлежали к дворянству, но могли быть зажиточными охотниками или лесниками.