Фамилия Голтышкин — одна из тех, где исходное прозвище легко угадывается, но точное значение теряется в диалектной многозначности. Основа — «голтыш» или «голтышка». В русских говорах это слово могло означать «голыш», «бедняк» (от «голый»), но также и «гальку», мелкий округлый камень, который дети называют голышом. Скорее всего, перед нами прозвище по внешности: так могли назвать лысого, бритого или просто небогато одетого человека. В пользу этой версии говорит и то, что фамилии на -ышкин обычно образовывались от прозвищ с уменьшительно-пренебрежительным оттенком — не просто «голый», а «голтыш» (маленький, жалкий или, наоборот, ласково-ироничный).

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — сын Голтышки, то есть человека по прозвищу Голтышка. Модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ин так же распространены, как на -ов. В южных регионах и в Сибири тот же корень дал бы форму Голтышко или Голтыщенко.

Встречается фамилия нечасто, но сконцентрирована в основном в Поволжье и на Урале. В документах XVII–XVIII веков можно найти крестьян и посадских людей с прозвищем Голтыш — оно фиксируется в переписных книгах Вятки и Перми Великой. Это подтверждает, что предки носителей фамилии были, скорее всего, государственными или монастырскими крестьянами, а не дворянами: в родословных книгах дворянских фамилий Голтышкины не значатся.

Спорных версий здесь немного. Иногда фамилию пытаются связать с тюркским «алтын» (золото), но фонетика этому сопротивляется: переход «алтын» в «голтын» маловероятен без дополнительных промежуточных форм. Куда правдоподобнее исконно русское происхождение от «голый» с характерным для народной речи наращением -т- (как «голтыш»).