Фамилия Балтыгин — почти наверняка фонетический вариант более распространённой фамилии Болтыгин. «Окающие» говоры, где звук [о] произносится отчётливо и не переходит в [а], здесь ни при чём: как раз наоборот, замена исконного «о» на «а» (Болтыгин → Балтыгин) характерна для «акающих» регионов, прежде всего для южнорусских и среднерусских говоров. Именно в такой среде фамилия и закрепилась в написании через «а».

Основа фамилии — прозвище Болтыга. Чаще всего его связывали с глаголом «болтать» в прямом и переносном смысле. В прямом — «приводить жидкость в движение, взбалтывать, мешать». Такое прозвище мог получить человек, чья работа была связана с постоянным перемешиванием: тестомес, пивовар, повар. В переносном — «вести лёгкий, непринуждённый разговор», то есть словоохотливый, общительный человек. Оба значения лежат на поверхности, и выбор между ними зависит от того, какую черту предка сочли более заметной.

Есть и менее очевидная версия, выводящая прозвище Балтыга за пределы славянской лексики. Если допустить, что исходная форма всё же Балтыга, а не Болтыга, то возможно влияние литовского baltinti — «белить». В таком случае прозвище могли дать по внешности: светловолосому, бледному человеку. В старину на Руси «обеленным» называли также крестьянина или ремесленника, освобождённого от податей, — это ещё один возможный оттенок смысла.

Третья версия, хотя и менее вероятная, отсылает к тюркскому «балта» — «топор, секира». Прозвище Балта (Балтыга) мог получить воин с топором или плотник. Эта гипотеза правдоподобна в зонах русско-татарского пограничья, но для фамилии Балтыгин она слабее двух первых: слишком много шагов нужно сделать, чтобы от «балты» прийти к русскому суффиксу -ыг(а), а затем к -ин.

Фамилия фиксируется в документах: в Книге памяти Красноярского края есть запись о Балтыгиной Екатерине Давыдовне, родившейся в 1903 году в Киевской губернии. Эта географическая привязка — к юго-западу России — как раз поддерживает версию о «акающем» происхождении написания.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Балтыгин — сын Балтыги. Такая модель (прозвище на -ыга + -ин) встречается реже, чем на -ов, и характерна для фамилий, образованных от прозвищ с яркой экспрессивной окраской.