Фамилия Батолина образована от прозвища или имени Батоля, а тот корень уходит в диалектное слово «батола» — так в некоторых русских говорах называли большую деревянную колотушку, тяжелый молот или просто что-то грузное и неуклюжее. Прозвище Батоля могли дать человеку плотного телосложения, медлительного или, наоборот, работающего с таким инструментом — например, бондарю или лесорубу. Версия с именем менее вероятна: уменьшительная форма от «Бат» (сокращение от Батист, Валентин или Баттал) встречается редко, и в русской ономастике она не закрепилась.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Батолин — «сын Батоли» или «из семьи Батоли». Это типичная модель для фамилий, образованных от основ на -а или -я (ср. Пушкин, Ильин). В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречались в южных и восточных регионах, -ин характерен для северных и центральных областей России. Если искать географическую привязку, Батолины исторически фиксируются в Вологодской и Архангельской губерниях, где диалектное слово «батола» было в ходу.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» эта фамилия не упоминается, но однокоренные «Батолин» и «Батолов» встречаются в переписных книгах XVII века. Спорных версий две: иногда корень связывают с тюркским «батыр» (богатырь), но это натяжка — для фамилии Батолин нехарактерна тюркская основа, а суффикс -ин не типичен для заимствований такого рода. Правдоподобнее славянская диалектная этимология.

Фамилия нередкая, но и не массовая. В современной России Батолины живут преимущественно в Центральном и Северо-Западном федеральных округах. Среди носителей нет широко известных исторических фигур, зато фамилия сохранила связь с народным бытом: предки Батолиных могли быть ремесленниками, работавшими с деревом, или просто людьми с заметной внешностью, которую закрепили в прозвище.