Фамилия Датлина — женская форма, мужская — Датлин. В основе лежит суффикс -ин, типичный для русских фамилий, образованных от личных имён, прозвищ или названий профессий, оканчивающихся на -а/-я. Такая модель указывает на принадлежность: «чей?» — «сын Датлы» или «человек из семьи Датлы».

Самое вероятное объяснение — прозвище Датла. В русских говорах «датла» или «датло» могло означать человека, который что-то даёт, подателя, щедрого или, наоборот, навязчивого в подношениях. Глагол «дать» и его производные (датливый, даткий) дали жизнь множеству прозвищ. Человек, охочий до подарков или, напротив, раздающий их, легко получал такое имя. Менее распространённая версия связывает фамилию с диалектным словом «датла» — заноза, колючка (в переносном смысле — придирчивый, въедливый человек), но это предположение слабее, так как фиксации такого значения в ономастической литературе единичны.

Фамилия редкая, нечастотная. Она не попала в списки массовых крестьянских фамилий центральных губерний, что говорит о локальном бытовании. Вероятнее всего, Датлины жили на севере или северо-востоке России, где суффикс -ин в фамилиях встречается чаще, чем -ов, и где сохранилась архаичная лексика. Встречается также вариант написания «Дотлин» — через «о» в первом слоге, что типично для северных говоров с аканьем или для поздней канцелярской записи на слух.

С точки зрения словообразования фамилия проста и прозрачна: основа Датл- плюс суффикс принадлежности -ин. Однокоренных фамилий немного: Датлов, Датловский — все они восходят к тому же корню *да- и прозвищу, а не к географическому названию.