Фамилия Голтвина — женская форма фамилии Голтвин, и её происхождение напрямую связано с мужским прозвищем или именем Голтва. В основе лежит слово «голтва», которое в русских говорах имело несколько значений. Самое вероятное: так называли толпу, ватагу, шумное скопище людей. Человек мог получить прозвище Голтва за общительный, шумный нрав или за то, что водил за собой людей, был своего рода заводилой. В словаре Владимира Даля «голтва» — это «гурьба, ватага, толпа», а также «свора собак». Вторая версия, менее распространённая, связывает слово с диалектным глаголом «голтить» — шуметь, кричать, галдеть. Тогда прозвище могло закрепиться за крикливым, беспокойным человеком.

Модель образования фамилии — типичная для русской ономастики: суффикс -ин присоединяется к основе, оканчивающейся на -а. Так образовывались фамилии от прозвищ и имён, обозначавших лицо: Голтва → Голтвин (чей сын? — сын Голтвы). Женская форма Голтвина не несёт дополнительного смысла, это лишь грамматическое согласование по роду.

Фамилия редкая, её географическое распространение в основном сосредоточено в центральных и южных областях России, где фиксировались говоры с этим словом. В дореволюционных документах она могла встречаться в крестьянской и мещанской среде — сословной привязки нет, но прозвищный характер указывает на происхождение из простонародья.

Сравнение с однокоренными фамилиями: Голтвин стоит в одном ряду с Голтяковым, Голтяевым (от того же корня «голт-»). Все они образованы от одной диалектной основы, но разными суффиксами, что говорит о локальных вариантах прозвища. В отличие от фамилий на -ов, где основа чаще кончается на согласный, форма на -ин указывает на древнюю основу на -а, что типично для прозвищ, а не для крестильных имён.