Фамилия Антонухина образована от имени Антонуха — просторечной, обиходной формы крестильного имени Антоний. В русской народной среде имя Антоний, восходящее к латинскому Antonius (родовая римская фамилия, точное значение которой спорно: от греческого «вступающий в бой» или от этрусского корня), дало множество производных: Антон, Антоша, Антоха, Антоня, и, в частности, Антонуха. Суффикс -ух- в этой форме придаёт имени оттенок фамильярности, принадлежности к бытовой, неофициальной речи, что было характерно для деревенского или посадского обихода.

По модели образования фамилия относится к типично русскому типу на -ин. Такие фамилии происходят от притяжательных прилагательных, отвечающих на вопрос «чей?»: Антонухин — значит «сын Антонухи» или «человек из рода Антонухи». Женская форма Антонухина закрепилась за носительницей по отцу или мужу. Суффикс -ин указывает на основу, оканчивающуюся на гласный или мягкий согласный, что отличает этот тип от фамилий на -ов/-ев (от основ на твёрдый согласный).

Географически фамилия редкая и, скорее всего, имеет локальное распространение. Подобные «усечённые» формы с суффиксом -ух- (сравните: Петруха — Петрухин, Митюха — Митюхин) чаще встречались в северных и центральных губерниях России, а также в среде казачества. В отличие от массовых Антоновых или Антоненко, Антонухина сохраняет отпечаток конкретной семейной или дворовой традиции именования: предка звали не просто Антоном, а именно Антонухой, что могло указывать на его характер (уменьшительно-ласкательное или, наоборот, пренебрежительное) либо на то, что он был младшим в семье или носил это имя в быту для отличия от других Антонов.

В словарях русских фамилий (например, в работах Б. Унбегауна) форма Антонухин не фигурирует как широко распространённая, что подтверждает её редкость. Основная версия — происхождение от имени, а не от прозвища, хотя нельзя полностью исключить, что Антонухой могли прозвать человека за какую-то черту, связанную с именем (например, подражательное или шутливое). Но для фамилии более правдоподобно именно именное происхождение: в крестьянской среде до XIX века отчества и фамилии часто образовывали от той формы имени, которую человек реально носил в повседневности.

Таким образом, Антонухина — фамилия, которая прямо говорит о предке по мужской линии: его звали Антонуха, то есть Антон в неофициальной, «домашней» огласовке. Она несёт в себе следы народной речевой культуры, где полное церковное имя заменялось коротким и ёмким производным, а фамилия закрепляла это звучание на поколения.