Фамилия Валужин образована от прозвища или имени Валужа, а в её основе лежит довольно редкое слово «валуга». В русских говорах «валуга» — это нечто громоздкое, неуклюжее, нередко так называли крупный камень-валун или неповоротливого, грузного человека. Таким образом, первый носитель фамилии мог получить прозвище за медлительность, массивную фигуру или, напротив, за крепость и основательность — в зависимости от контекста.

Модель образования типична для восточнославянских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Валужи). Валужин — потомок человека по прозвищу Валуга. Аналогов в русской ономастике немного, но можно вспомнить фамилию Валуев, где корень тот же, а суффикс другой (-ев), что говорит о разных исторических вариантах оформления одного и того же прозвища. Валужин встречается реже, чем Валуев, и это делает её более локальной.

Вероятнее всего, фамилия сложилась в северных или центральных областях России, где слово «валуга» бытовало в крестьянской среде. В документах XVII–XVIII веков можно было бы встретить запись «Ивашка Валуга» — именно такое прозвище и стало основой. Сословно предки Валужиных, скорее всего, относились к крестьянам или посадским людям, поскольку фамилии на -ин в этой среде формировались массово после отмены крепостного права.

Встречается и более редкая версия: связь с гидронимом — речкой Валугой, каких немного на севере Европейской части России. Тогда фамилия означала бы «живущий на реке Валуге». Однако эта гипотеза слабее: прозвищное происхождение от слова «валуга» подтверждается и параллельными фамилиями (Валугин, Валунов), и живым диалектным значением.

Современные носители фамилии Валужин рассеяны по России, но заметной концентрации в одном регионе нет. Фамилия не принадлежала к дворянским родам и не фиксируется в старых боярских списках — это типичная «народная» фамилия, которая сохранила в себе редкое диалектное слово.