Фамилия Фантугина — женская форма фамилии Фантугин, и её редкость сразу бросается в глаза. В русском ономастиконе нет ходовых корней, которые легко бы объяснили такое звучание. Скорее всего, мы имеем дело не с исконно русским прозвищем, а с фамилией, возникшей на стыке языков.

Самая вероятная версия — итальянское происхождение. Основа «фантуг-» может восходить к итальянскому слову fantoccio (кукла, марионетка) или fantuccio (уменьшительное от fante — пехотинец, слуга). В русском языке итальянские фамилии на -ини, -ино или просто с конечным гласным при адаптации нередко получали русские суффиксы. Фантугин могло возникнуть от прозвища Фантуга — так в быту называли человека, который либо имел отношение к итальянским мастерам (строителям, художникам), либо сам был похож на «кукольного», щеголеватого или невысокого человека. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «сын Фантуги».

Менее вероятна, но возможна версия, связывающая фамилию с диалектным глаголом «фантовать» (фантазировать, придумывать) или с игровым словом «фант» (предмет, отдаваемый в игре). В таком случае Фантуга — человек, который любил играть в фанты, либо тот, кто постоянно выдумывал небылицы. Однако эта версия слабее, так как слово «фант» в русских говорах дало бы фамилии Фантов, Фантьев, а не Фантугин.

Географически фамилия Фантугина встречается крайне редко, в основном в центральных регионах России. Носители могли быть потомками обрусевших иностранцев или крепостных, получивших фамилию по прозвищу, данному барином. Сословной принадлежности у фамилии нет: она могла возникнуть и в крестьянской, и в мещанской среде. Сравнение с однокоренными фамилиями (Фантушин, Фантуков) показывает, что все они единичны и имеют искусственный, вероятно, прозвищный, а не географический характер.