Фамилия Астатнина примечательна своей словообразовательной моделью. В глаза бросается окончание «-ина»: это форма женского рода. В русской ономастике суффикс «-ин» указывает на принадлежность («чей?» — «отцов»). Если основа оканчивается на твёрдый согласный, добавляется «-ов» (Иванов), если на мягкий или -а/-я — «-ин» (Птицын). Здесь же перед нами, скорее всего, исходная форма фамилии, закрепившаяся в документах: мужской вариант — Астатнин, женский — Астатнина.

Корень фамилии — «Астат-». Самое прямое объяснение — от нецерковного имени или прозвища Астат. В русских говорах слово «астат» или «остат» означало «остаток», «последыш» (как имя Остаток, Осташ). В старину детей нередко называли по порядку рождения: Первой, Второй, Третьяк, а последнего, запоздалого ребёнка — Остатком. Отсюда же фамилии Остатов, Остаткин. Форма «Астат» — диалектный вариант с начальным «а» вместо «о», что типично для акающих говоров (южнорусских, среднерусских). Таким образом, Астатнин — «чей?» — сын Астата, то есть потомок человека, которого в семье называли Остатком.

Менее вероятна связь с греческим «астатос» (неустойчивый). В русской среде такие заимствования редки и бытовали среди духовенства, дававшего «учёные» фамилии из греческого или латыни. Но тогда фамилия звучала бы как Астатов или Астатский, а не с суффиксом «-ин». Химический элемент астат открыли только в 1940 году — связь с ним случайна.

Географически фамилия Астатнина встречается в основном в центральных и южных регионах России, где аканье — норма. Попадается и в украинских областях, где «остаток» произносят как «астаток». Социальный состав — крестьянское или мещанское происхождение: прозвища по порядку рождения давали в простонародье, а не в дворянской среде. Так что предки носителя фамилии Астатнин — человек по имени Астат (Остаток), вероятно, младший сын в большой семье. Фамилия сохранила живой отголосок народной традиции именования и диалектной речи.