Фамилия Картыгин образована от прозвища или нецерковного имени Картыга, которое, скорее всего, связано с диалектным словом «картыга». В южнорусских и некоторых среднерусских говорах так называли низкорослого, щуплого человека, а также — в переносном смысле — недотёпу или неловкого. В словаре Владимира Даля «картыга» — это ещё и «куцый», «коротышка», что указывает на внешнюю характеристику. Таким образом, прозвище давали по физической особенности: невысокому росту или коренастому телосложению.

В основе фамилии лежит суффикс -ин, который в русской ономастике указывает на принадлежность: «чей?» — сын Картыги. Такая модель типична для фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще возникали от имён или прозвищ на согласный, Картыгин — яркий пример «матронимической» или «прозвищной» формы, где суффикс присоединяется к основе на гласный.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных регионах России, особенно в Курской, Воронежской и Рязанской областях. Это коррелирует с ареалом распространения диалектного слова «картыга». В дореволюционных переписях Картыгины фиксируются чаще как крестьяне и однодворцы, то есть потомки служилых людей, охранявших южные рубежи. Интересно, что в некоторых говорах «картыга» имело ещё одно значение — «короткая палка», «крюк», что могло относиться к человеку согбенному или хромому, но эта версия менее правдоподобна, так как прозвища по внешности в крестьянской среде преобладали.

Однокоренные фамилии — Картыжов, Картышев, Картынов — различаются суффиксами, но сходятся в основе. Встречается и вариант написания с одной «т» — Карыгин, но это уже иная этимология, связанная с тюркским корнем (кары — «старый»). Для Картыгина же тюркское влияние маловероятно: фамилия чисто русская по словообразованию и бытованию.