Фамилия Камлыгина — женская форма фамилии Камлыгин. Её основа — прозвище Камлыга. По одной из версий, оно восходит к белорусскому слову «камлыга» — «глыба». В старом русском языке у слова «глыба» был целый веер значений: не только крупный обломок, но и «ломоть», «ком твердой земли» или даже «мерзлый ком навоза с грязью». Отсюда две возможные ветви прозвища: Камлыгой могли назвать высокого, широкоплечего и сильного мужчину (по аналогии с большой глыбой) либо, напротив, трудолюбивого крестьянина-земледельца, который постоянно имел дело с пашней и дерниной.

Есть и другая, менее очевидная гипотеза, связывающая прозвище с казахскими корнями. Согласно ей, имя образовано от слов «къам» («забота») и «лыкъиту» («наполнять»). В таком случае Камлыгой могли в быту называть ребенка, окруженного особой родительской заботой. Эта версия выглядит спорной: звуковой переход и смысловая конструкция довольно сложны, и для неё нет надёжных параллелей в русских прозвищах.

С точки зрения словообразования, фамилия Камлыгин следует типичной модели: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Камлыги). Прозвище Камлыга, в свою очередь, имеет суффикс -ыг(а), характерный для просторечных и диалектных прозвищ (сравните: Ковыряга, Коряга, Торопыга). Такие формы часто давались по внешнему признаку или особенности поведения.

Таким образом, потомок человека по прозвищу Камлыга со временем получил фамилию Камлыгин. Встречается она преимущественно в регионах, граничащих с Белоруссией, — именно там слово «камлыга» было в ходу. Другие однокоренные фамилии (Камлыгин, Камлыга) редки, что делает носителей фамилии хранителями довольно узкого, локального пласта народной речи.