Фамилия Кольчугин образована от прозвища Кольчуга. Само слово «кольчуга» — это доспех, сплетённый из железных колец, металлическая сеть для защиты от холодного оружия. В старину кольчуги были широко распространены и в Европе, и в Азии: их делали в виде коротких рубах, прикрывавших туловище, и в виде полных хауберков, закрывавших тело с головы до ног. Секрет популярности — в относительной простоте изготовления: требовалось лишь несколько килограммов железа, устройство для вытяжки проволоки и много терпения для однообразной работы. Готовый доспех мог служить почти вечно — повреждённый участок залатывали пригоршней новых колец.

Прозвище Кольчуга могли дать по-разному. Первая и наиболее очевидная версия — по роду занятий: так называли мастера, который ковал и плел кольчуги. Вторая версия — по внешнему признаку или образу жизни: человек, который постоянно носил кольчугу, то есть воин, дружинник. Обе версии правдоподобны, но первая (ремесленная) встречается в ономастике чаще: прозвища по профессии давали устойчивее, чем по временному состоянию или роду оружия.

Суффикс -ин указывает на модель образования: «чей сын?» — Кольчугин, то есть сын Кольчуги. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ и имён, оканчивающихся на -а или -я. В этом смысле фамилия Кольчугин стоит в одном ряду с Кузнецовым (от кузнец) или Бондаревым (от бондарь), но с той разницей, что исходное прозвище Кольчуга — не название ремесла, а название продукта, что делает её более редкой.

У фамилии есть географический след. В документах XVII–XVIII веков упоминаются крестьяне и посадские люди с такой фамилией в центральных уездах России — например, в Переславле-Залесском и окрестностях Владимира. Это неудивительно: именно в этих краях было развито кузнечное и оружейное дело. Позднее фамилия расселилась шире, но её ядро осталось в старых русских областях.

Стоит упомянуть, что фамилия Кольчугин не имеет отношения к городу Кольчугино во Владимирской области. Город получил название по фамилии купца Кольчугина, основавшего там в XIX веке медеплавильный завод. Так что в данном случае не фамилия произошла от топонима, а наоборот — топоним от фамилии.