Фамилия Гостюхин — одна из тех, что выдают в предке человека с прозвищем, а не с крестильным именем. В её основе лежит прозвище Гостюха, которое, в свою очередь, родственно слову «гость». В древнерусском языке «гость» означало не только того, кто пришёл в дом, но и купца, торгового человека, особенно иноземного. Поэтому прозвище Гостюха мог получить либо приветливый хозяин, любитель принимать людей, либо, что вероятнее, человек, связанный с торговлей и частыми поездками.

Фамилия образована по самой распространённой в России модели: к основе Гостюх- добавили суффикс принадлежности -ин. Суффикс указывает на то, что предка звали Гостюха, а его потомки стали Гостюхиными. Такой тип фамилий (на -ин) характерен для слов, оканчивающихся на -а или -я, и в XV–XVI веках уже прочно закрепился в среде служилых и торговых людей.

В исторических документах, собранных С. Б. Веселовским, встречаются близкие по звучанию фамилии и прозвища: Гостева (холопка, 1506 г., Муром), Андрей Гостенок (посадский человек, 1586 г., Псков), Семен Тимофеев Гостихин (1570 г., Владимир) и Гостихин-пушкарь (1659 г., Лебедянь). Эти записи показывают, что корень «гост-» был распространён в разных слоях общества — от холопов до посадских людей и пушкарей. Фамилия Гостюхин, вероятно, бытовала в тех же центральных и южных регионах России.

Самый известный носитель фамилии — актёр Владимир Гостюхин, знакомый зрителям по фильмам «Возьму твою боль», «Магистраль», «Смиренное кладбище», «Генерал» и сериалу «Дальнобойщики». Его известность закрепила фамилию в современном культурном поле, но не стоит думать, что все Гостюхины — его родственники. Фамилия могла возникать в разных местах независимо: любой человек по прозвищу Гостюха мог дать начало своему роду Гостюхиных.