Фамилия Зимулюкина — женская форма, мужской вариант — Зимулюкин. В её основе лежит редкая модель, характерная для восточнославянского, особенно украинского и белорусского, ономастикона. Суффикс -юк- указывает на «малого»: в украинском языке -юк (как и -ук) — типичный уменьшительный или «сыновний» суффикс (ср. Ивасюк, Ковалюк). Таким образом, прозвище Зимуля (или Зимуль) означало «маленький, младший Зима» или «сын Зимы».

Корень Зим- прозрачен: он связан со словом «зима». Но не спешите думать, что предок был рождён в холодное время года. В славянской антропонимии прозвище Зима часто давали человеку с «холодным», суровым или замкнутым характером, либо — наоборот — тому, кто родился в день зимнего солнцестояния или в крещенские морозы. Встречалась и бытовая мотивация: так могли назвать крестьянина, чья работа или внешность ассоциировались с зимой (например, седой или бледный человек).

Фамилия Зимулюкина — вторичное образование от прозвища Зимуля (Зимуль). Форма на -ин (а не на -ов) указывает, что основа заканчивалась на согласный или мягкий знак: «чей? — Зимулин сын». Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Зиму́люкина.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям. В исторических документах XVII–XVIII веков встречаются однокоренные фамилии Зима, Зимин, Зимулин, но Зимулюкин — редкий вариант, не попавший в массовые переписи. Это говорит о том, что род мог быть немногочисленным или локально проживал в одном селе/местечке.

Если сравнить с более частыми Зиминым или Зимовым, то Зимулюкин выделяется уменьшительно-ласкательным суффиксом: предка звали не просто Зима, а ласково или пренебрежительно — Зимуля. Такая форма могла закрепиться за человеком невысокого роста, младшим в семье или тем, кого в шутку называли «зимулькой».