Фамилия Водолазкина образована от прозвища Водолазка. В основе лежит устойчивое именование человека по его занятию или характерной особенности. Чаще всего так называли умелого пловца и ныряльщика — того, кто добывал жемчуг со дна рек или озёр. Эта работа была известна на Руси, особенно в северных регионах. В «Снегурочке» Островского купец Мизгирь упоминает «проворных водолазов», которых посылал на дно за жемчугом, — бытовая деталь, хорошо знакомая современникам драматурга.

Однако прозвище Водолазка могло иметь и другие корни. Его давали человеку, который купался в ледяной воде даже зимой, — такая привычка бросалась в глаза и легко становилась деревенским прозвищем. Не исключён и иронический оттенок: Водолазкой могли окрестить того, кто однажды едва не утонул, — насмешливое прозвище по случайному, но запомнившемуся случаю.

Суффикс -к- в прозвище Водолазка указывает на разговорную, бытовую форму, характерную для народных именований. Фамилия Водолазкина — женская форма от Водолазкин, мужской вариант — Водолазкин. Модель образования простая: прозвище на -ка дало основу, к которой по стандартной восточнославянской схеме добавился суффикс принадлежности -ин. Так потомок человека по прозвищу Водолазка получал фамилию Водолазкин.

Фамилия редкая и географически привязана в основном к центральным и северным областям России. Встречается она и в украинских вариантах (Водолазко), что подтверждает общеславянский характер прозвища. В отличие от более распространённой фамилии Водолазов (где суффикс -ов указывает на отчество от прозвища Водолаз), форма Водолазкин сохранила уменьшительно-бытовой оттенок исходного именования.