Фамилия Богатынина образована по стандартной русской модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность. Полное имя, от которого она произошла, — Богатыня. В древнерусском языке слово «богатыня» (или «богатынка») означало не женщину-богатыря, а скорее «богатую женщину», «богачку». Это прозвище или мирское имя могли дать женщине, которая владела значительным имуществом, либо, по ироничной народной традиции, наоборот — бедной, но меткой на язык.

Основа фамилии, таким образом, связана не с былинными героями, а с понятием богатства. В ономастике это типичный случай, когда прозвище закреплялось за главой семьи, а затем передавалось потомкам в форме притяжательного прилагательного: «чьих будете?» — «Богатыниных», то есть людей, принадлежащих к роду Богатыни. Стоит учесть, что в русских говорах слово «богатыня» могло иметь и негативный оттенок — так называли заносчивую, кичливую женщину, которая «богатится» напоказ.

С точки зрения географии, фамилия Богатынина встречается в центральных и северных регионах России, где суффикс -ин особенно распространён. В южнорусских областях аналогичная фамилия чаще звучала бы как Богатынёв или Богатынский. Встречается и вариант Богатынин — без конечного -а, но это скорее исключение.

В дореволюционных метрических книгах носители фамилии чаще всего записаны как крестьяне или мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её народное происхождение от прозвища, а не от официального титула.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Богатырёв, Богатов, Богаченко), то Богатынина стоит особняком: она напрямую отсылает к женскому прозвищу, что делает её редким примером, когда фамилия произошла не от имени отца, а от прозвища матери или бабушки. В крестьянском быту такое случалось, если женщина была вдовой или единственной наследницей хозяйства.