Фамилия Зимулина — яркий пример «матронимической» модели, то есть образованной не от имени отца, а от имени матери. В русской традиции такие фамилии встречаются реже отчественных, но они устойчиво бытовали в крестьянской среде, особенно в ситуациях, когда женщина играла ключевую роль в хозяйстве или после смерти мужа. Основа здесь — женское имя Зимуля, которое в свою очередь является производной формой от Зима. В старину имя Зима не было редкостью: его давали ребёнку, родившемуся в холодное время года, или как охранительное имя — считалось, что суровая зима «отпугнёт» от младенца злых духов. Уменьшительный суффикс -ул- (как в именах Машуля, Катуля) придавал форме Зимуля ласковый, домашний оттенок.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «чей?» — Зимулин, то есть сын или дочь Зимули. Модель с -ин характерна для основ на -а/-я, и в данном случае она закрепилась в женском роде носителя: Зимулина — это «жена Зимулина» или «дочь Зимули». Такая фамилия могла возникнуть в семье, где мать звали Зимулей, а дети получали прозвание по ней, а не по отцу. В документах XVII–XVIII веков нередко встречаются записи вроде «вдова Зимуля с сыном Ивашком», что и давало начало фамилии.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным регионам России: больше всего Зимулиных зафиксировано в Вологодской, Костромской и Кировской областях. Это согласуется с гипотезой о происхождении — в северных деревнях имя Зима было особенно популярно, а матронимические фамилии там держались дольше, чем на юге. Интересно, что в некоторых говорах слово «зимуля» могло означать не только имя, но и прозвище для человека, родившегося зимой, или даже для того, кто любит холод — например, рыбака, промышляющего подлёдным ловом.

С точки зрения словообразования фамилия примечательна тем, что сохранила древнюю модель, почти вытесненную в XIX веке патронимическими фамилиями на -ов/-ев. Если бы фамилия образовывалась от мужского имени Зима, она звучала бы как Зимов. А Зимулина — прямое свидетельство того, что в родословной была женщина, чьё имя стало фамильным. В современных справочниках фамилия нечастотна, но её носители встречаются в Поволжье и на Урале — туда она попала с переселенцами из северных губерний.