Фамилия Бельдюгин происходит от прозвища Бельдюга. Чаще всего его связывают с рыбой бельдюгой, которая водится в холодных водах от Ла-Манша до Белого моря, у берегов Балтики, Норвегии и Шотландии. Эта рыба известна своей изворотливостью и живорождением — самка выметывает от 10 до 405 мальков. Промышляли её редко, во многом из-за предрассудков: считали, что нельзя есть рыбу, которая «щенится», а её кости при варке зеленеют, хотя это никак не влияет на качество мяса. Прозвище Бельдюга могли дать либо искусному рыбаку, либо ловкому, увёртливому человеку — по характеру рыбы.

Есть и другая, менее вероятная версия: румынское слово «beldie» означает «жердь», «дубина» или «стебель бурьяна». Если так, то Бельдюгой могли прозвать очень высокого и крепкого мужчину либо того, кто жил в зарослях бурьяна.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Бельдюгин — буквально «сын Бельдюги» или «из семьи Бельдюги». Модель образования типична для русских фамилий от прозвищ на -а/-я. Таким образом, предок носителя фамилии — человек, которого окружающие знали под прозвищем Бельдюга, и имя это закрепилось за его потомками в форме Бельдюгины.