Фамилия Гастюнин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей — с помощью суффикса -ин, который присоединялся к основе, оканчивающейся на согласный или гласный. Такие именования широко представлены у восточных, западных и южных славян, но в русском языке суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Гастюнин, то есть сын или потомок человека по прозвищу Гастюня.

В основе фамилии лежит прозвище Гастюня. Оно могло возникнуть от глагола «гастить» — в русских говорах это слово означало «гостить», «пребывать в гостях», а также «кормить, угощать». В таком случае Гастюней называли человека, который часто ходил в гости, любил принимать гостей или, напротив, был обязанностью «гастить» — угощать и потчевать. Прозвище могло закрепиться за хлебосольным хозяином или за тем, кто постоянно бывал в чужих домах.

Менее вероятна, но допустима связь с диалектным «гаст» — так в некоторых областях называли густой туман или дым. Тогда прозвище Гастюня могло получить человек с неясной, «туманной» речью или тот, кто жил в низине, где часто стояли туманы. Эта версия менее убедительна, поскольку прозвища от природных явлений обычно образуются через другие суффиксы (Туман, Мгла), а суффикс -юня характерен именно для личных имён и прозвищ человека.

Славянские фамилии, как и Гастюнин, возникали от личного прозвища или от имени — христианского или языческого. В данном случае перед нами, скорее всего, прозвищное именование, а не производное от крестильного имени: в святцах нет имени, которое давало бы основу Гастюн-. Значит, предок носителя фамилии получил своё прозвище по характерной черте поведения или быта.

Географически фамилия редкая. Её следы можно встретить в центральных и северных областях России, где были распространены глагольные формы с корнем «гаст-». Встречаемость фамилии низкая, что говорит о её локальном происхождении — скорее всего, она возникла в одной местности и не получила широкого расселения.