Фамилия Ватулев — редкий случай, когда основа слова почти наверняка указывает на конкретное ремесло или занятие, причём не самое распространённое. Ядро фамилии — «ватуль». Это диалектное слово, бытовавшее в северных и центральных русских говорах. Им называли валяльщика, мастера, который валял шерсть и делал валенки, а также войлок и другие валяные изделия. «Ватуль» — это тот же корень, что и в слове «валять», но с суффиксом -уль-, который даёт слову оттенок профессиональной принадлежности (сравните: плетуха, пряха). Человек, делавший ватули — то есть валенки — и получал прозвище Ватуль.

Фамилия образована по стандартной патронимической (отческой) модели: к основе прозвища Ватуль добавили притяжательный суффикс -ев, означающий «сын Ватуля». В русской ономастике суффикс -ев пишется после мягких согласных и шипящих, в отличие от твёрдого -ов. Форма Ватулев прямо говорит о том, что родоначальник нёс прозвище Ватуль, а не Ватул (с твёрдым окончанием). Если бы основа звучала как Ватул, фамилия была бы Ватулов. Такое различение в написании — не случайность, а точный фонетический маркер.

Встречается и альтернативная, менее убедительная версия: связь с личным крестильным именем Ватул. Однако в святцах такого имени нет. Скорее всего, это народная переделка какого-либо канонического имени (например, Ватула как форма от Вавила или Варфоломей), но в случае с Ватулевым ремесленная этимология выглядит куда конкретнее и подтверждается живыми диалектными словарями.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где было развито валяльное производство — Вологодская, Костромская, Нижегородская области, а также Поволжье. Ватулевы не были дворянами или купцами первой гильдии; это фамилия мастерового человека, ремесленника, который в XIX веке числился в крестьянском или мещанском сословии. Владелец такой фамилии мог с большой вероятностью сказать о предке: «он валенки катал».