Фамилия Грамагина — женская форма, а её мужской вариант — Грамагин. Эта фамилия редкая и звучит необычно для русского уха, что сразу наводит на мысль об иноязычном корне или сложной словообразовательной истории.

Скорее всего, основа фамилии — прозвище Грамага. Вероятнее всего, оно связано с греческим словом «грамма» (γράμμα), что значит «буква», «письмо», «запись» или «грамота». В русских говорах слово «грамата» (или «грамота») означало не только умение читать и писать, но и любой письменный документ, указ, деловую бумагу. В этом случае прозвище Грамага могли дать человеку грамотному, писарю, дьячку или тому, кто постоянно имел дело с бумагами и документами. Суффикс -аг(а) в прозвищах (как в словах «бедняга», «работяга») придаёт оттенок просторечия, иногда — пренебрежения или шутки, но чаще — указывает на характерный признак человека.

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от диалектного слова «грамага» в значении «груда», «куча», «громада». В этом случае прозвище могло относиться к крупному, грузному человеку. Однако связь с грамотностью и письмом выглядит более логичной и распространённой для фамилий, образованных от прозвищ, связанных с интеллектуальным трудом.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе прозвища Грамаг- добавился патронимический суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Грамаги). Таким образом, первый носитель фамилии был, скорее всего, потомком человека по прозвищу Грамага.

Фамилия Грамагин/Грамагина — яркий пример того, как редкое или даже искажённое заимствованное слово закрепилось в русской ономастике. Она не имеет отношения к дворянским родам и, вероятно, бытовала в среде крестьян, мещан или церковнослужителей — тех, кто был грамотен «наособицу» и получил за это прозвище от односельчан.