Фамилия Витулева — редкий случай, когда женская форма закрепилась в документах раньше мужской, что указывает на возможное происхождение от прозвища женщины или материнской линии. Основа фамилии — имя или прозвище Витуля. Это уменьшительно-ласкательная форма от канонического имени Вит (краткая форма от Виталий, что значит «жизненный») или от Виктор («победитель»). В русской народной традиции суффикс -уля (-юля) типичен для домашних, неофициальных имён: Ванюля, Петруля, Танюля. Соответственно, Витуля — «маленький Вит» или «Виталий».

Модель образования проста: основа Витул- плюс суффикс -ев- (в женском роде -ева). Суффикс -ев- указывает на принадлежность: «жена или дочь Витули». Такие фамилии характерны для южнорусских и западнорусских говоров, где отчества на -ев были распространены шире, чем в северных регионах. Встречается фамилия преимущественно в центральных областях России, изредка — в Беларуси.

Есть и вторая, менее вероятная версия. В некоторых говорах слово «витуля» могло означать «витая, кручёная вещь» — например, верёвку или крендель. Но в качестве прозвища для человека это маловероятно: скорее, так могли назвать мастера, плетущего витые изделия, но тогда фамилия была бы Витулин (с суффиксом -ин-). Поскольку у нас -ев-, версия с личным именем остаётся основной.

Исторически носительницы фамилии Витулева — скорее всего, крестьянки или мещанки из центральной России. Фамилия недворянская, не встречается в родословных книгах, что подтверждает её народное, «уличное» происхождение. Мужская форма — Витулев — фиксируется в метрических книгах XIX века по Тульской и Калужской губерниям.