Фамилия Кастюшкина — редкий пример, где сразу бросается в глаза необычный суффикс. Стандартная русская модель образования фамилий через -ин выглядит так: берётся основа (имя, прозвище или профессия), и к ней крепится суффикс принадлежности. Кастюшкин — не исключение, но в основе лежит форма «Кастюшка». Это не полное имя, а уменьшительно-ласкательный вариант от крестильного имени Каллистрат (греч. «прекрасный воин») или, что вероятнее, от Константин (лат. «стойкий, постоянный»). В народной речи имя Константин давало целый веер сокращений: Костя, Коста, Костюк, Костюша. Форма «Кастюшка» — результат диалектного аканья (произношения «а» вместо «о» в безударном положении), которое закрепилось в письменном варианте. То есть предок носительницы фамилии был для окружающих просто Кастюшкой — ласково так звали Константина.

Сам суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей сын?» — «Кастюшкин». Такая модель в XVI–XVII веках была типична для северных и центральных областей России, а также для Поволжья. Фамилии на -ин обычно возникали в крестьянской и мещанской среде, в отличие от дворянских на -ов/-ев. Поэтому Кастюшкины, скорее всего, происходят из непривилегированных сословий — государственных крестьян, посадских людей или однодворцев. Географически фамилия тяготеет к регионам, где было распространено аканье: это южные и юго-западные области (Калужская, Тульская, Рязанская), а также среднерусские говоры.

Стоит отметить, что фамилия Кастюшкина — женская форма; мужской вариант — Кастюшкин. В документах до XX века она могла фиксироваться с разным ударением: на первый слог (Кáстюшкин) или на второй (Кастю́шкин), что зависело от местного говора. Сравните с однокоренными фамилиями: Кастюков, Кастюшин, Кастюкевич — все они восходят к тому же корню, но с разными суффиксами. Фамилия Кастюшкина не имеет отношения к белорусскому «кастусь» (колючка) или литовским корням — это чисто русское образование от православного имени, прошедшее через народную переработку. Встречаемость фамилии невысокая, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: если вы Кастюшкина, ваши предки почти наверняка жили в зоне акающих говоров и носили имя Константин в его уменьшительной форме.