Фамилия Думыкина — женская форма, а её мужской вариант — Думыкин. В русской ономастике это довольно редкий случай, когда фамилия образована не от распространённого имени или профессии, а от прозвища, которое могло иметь несколько совершенно разных значений.

Основа фамилии — корень «дум-». В старину «думой» называли не только процесс размышления, но и совет, собрание бояр или земских представителей. Однако прозвище Дума чаще давали человеку не столько по его участию в государственных делах, сколько по характеру: медлительного, рассудительного или, наоборот, того, кто любил поучать и «думу думать» вслух. В некоторых говорах «думать» означало ещё и «медлить», «колебаться», так что прозвище могло закрепиться за нерешительным человеком.

Суффикс «-ин» указывает на принадлежность: Думыкин буквально значит «сын Думыки» или «человек из рода Думыки». Форма Думыка — это уменьшительное или обиходное производное от прозвища Дума. Такая модель (основа на -а + суффикс -ин) типична для северных и центральных русских земель, где фамилии часто образовывались от уличных прозвищ, а не от канонических имён.

Отдельно стоит сказать о возможной связи с диалектным словом «думыкать» — то есть «думать», «размышлять». В этом случае Думыка — это человек, который постоянно о чём-то задумывается, погружён в свои мысли. Версия с тюркским корнем (от «дум» — «вчера» или «позавчера») для этой фамилии маловероятна: она не находит подтверждения в географии распространения и типичной русской словообразовательной модели.

В дореволюционных источниках фамилия Думыкин встречается в основном в крестьянской и мещанской среде, что подтверждает её прозвищное происхождение — без связи с дворянскими титулами или духовным сословием. Таким образом, предки современных Думыкиных — это, скорее всего, люди, получившие уличное прозвище за свой неторопливый нрав или привычку всё обдумывать, и эта черта закрепилась за родом в виде фамилии.