Фамилия Битюрина — женская форма фамилии Битюрин. В центре внимания оказывается основа «Битюр-», которая, скорее всего, восходит к прозвищу или диалектному слову, а не к церковному имени. Самая вероятная версия связывает её с глаголом «бить» или существительным «битюк» — так в некоторых русских говорах называли крепкого, коренастого человека, иногда с оттенком упрямства или грубоватости. Слово «битюк» известно и как название породы лошадей-тяжеловозов (битюги), что добавляет прозвищу оттенок силы и выносливости.

Менее распространённая, но возможная гипотеза — происхождение от тюркского корня, например, от слова «битик» (письмо, запись) или имени Битир. Однако в русской ономастике для фамилий с суффиксом -ин (-ина) типична основа из прозвища или имени на -а/-я, и «Битюра» как уменьшительная форма от «битюк» звучит органичнее, чем заимствование.

Суффикс -ин в фамилии Битюрин указывает на принадлежность: «чей?» — сын или потомок Битюры. Такие фамилии были распространены в центральных и южнорусских областях, особенно среди крестьян и мещан. В сословном отношении носители фамилии, вероятнее всего, были из крестьянской или посадской среды, где прозвища давались по внешности, характеру или роду занятий.

В дореволюционных документах фамилия могла записываться через «о» (Битюринъ) или с двойным «т» (Биттюрин), но современное написание закрепилось как Битюрин/Битюрина. Встречается она нечасто, что говорит о её локальном происхождении — возможно, из одного села или уезда, где жил основатель рода по прозвищу Битюра.