Фамилия Камлыгин происходит от прозвища Камлыга, а в её основе лежит слово, которое могло описывать и внешность человека, и его занятие. По самой прямой версии, прозвище связано с белорусским «камлыга» — «глыба». Камлыгой в крестьянском быту называли и ком твердой земли, и мерзлый ком навоза или снега с грязью, и просто ломоть или обломок. Отсюда два бытовых значения прозвища: так могли прозвать либо крупного, широкоплечего и сильного мужчину (глыба — человек крупного телосложения), либо трудолюбивого земледельца, который постоянно возится с землей, пашней и дерниной. Оба варианта правдоподобны и укладываются в логику народных прозвищ.

Существует и другая гипотеза, по которой корни прозвища ищут в казахском языке. Согласно ей, Камлыга могло быть образовано от слов «къам» («забота») и «лыкъиту» («наполнять»). В таком случае прозвище могло закрепиться за ребенком, которого окружали особой заботой. Эта версия менее распространена и уступает славянской по вероятности: фамилия с суффиксом -ин типична для русской и белорусской ономастики, а связь с тюркскими корнями в данном случае выглядит искусственной, без убедительных исторических и географических подтверждений.

Сама фамилия образована по стандартной модели: к основе Камлыг- добавился патронимический суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Камлыги). Со временем это отчество закрепилось как фамильное имя для всего рода. Фамилия Камлыгин — редкая, её носители встречаются в основном в центральных и северо-западных регионах России, что косвенно подтверждает её славянское происхождение. Точное место и время возникновения фамилии можно установить только в ходе углублённых генеалогических изысканий, но её основа ясно указывает на прозвище, данное по физической стати или по роду занятий предка.