Фамилия Витулев — редкий случай, когда прозвище или имя могло быть образовано от глагола, а не от существительного. В основе лежит древнерусское слово «вить» или глагол «вить» в значении «плести, скручивать, изгибать». Суффикс -улев (или -улев) указывает на принадлежность: «Витуль» — это человек, который вьет, либо тот, кто получил прозвище за какую-то витую деталь внешности или работы.

Самая прямая версия — профессиональное прозвище Витуль. Так могли называть мастера, который вил веревки, канаты, плел корзины или даже занимался плетением из лыка и бересты. В русских говорах «витуль» иногда означало «вертлявый, извилистый» человек, но бытовое прозвище чаще давали по ремеслу, чем по характеру. Менее вероятно, но возможно, что фамилия восходит к имени Витул — уменьшительной форме от крестильного имени Вит (от латинского «vita» — жизнь) или Виталий. Однако форма с суффиксом -улев скорее характерна для прозвищ, чем для канонических имен.

Географически фамилия Витулев тяготеет к центральным и южнорусским областям, где было развито ремесленное производство веревок и плетеных изделий. Встречается она нечасто, что подтверждает ее узкопрофессиональное происхождение: не каждый крестьянин занимался витьем, а только специалист. В старых переписных книгах XVII—XVIII веков можно найти упоминания крестьян и посадских людей с прозвищем Витул, но документальные подтверждения именно фамилии Витулев требуют отдельного архивного поиска.

Однокоренные фамилии — Витулин, Витушкин, Витухин — образованы от тех же основ, но с разными суффиксами. Витулев выделяется именно моделью на -улев, которая в русской ономастике считается архаичной и редкостной: она чаще встречается в фамилиях от прозвищ, оканчивающихся на мягкий согласный (ср. Козулев от «козуль», Свистулев от «свистуль»). Таким образом, носитель фамилии Витулев с большой долей вероятности потомок ремесленника-веревочника или плетельщика, а сама фамилия — живое свидетельство забытого промысла.