Фамилия Кольчугина — женская форма, но разговор о ней всегда начинают с мужского предка, которого в народе прозвали Кольчугой. Это прозвище прямо указывает на слово «кольчуга» — доспех из железных колец, металлическая сеть, защищавшая от ударов холодным оружием. В старину кольчуги были разными: от короткой рубахи, прикрывавшей только плечи и туловище, до полных хауберков, покрывавших тело с головы до ног. Такие доспехи получили широчайшее распространение и в Европе, и в Азии — из-за относительной простоты изготовления. Мастеру требовалось лишь несколько килограммов железа, устройство для вытяжки проволоки и терпение для однообразной работы: нарезать кольца, сплести их в сеть. Готовый доспех служил почти вечно — при повреждении его чинили, вплетая пригоршню новых колец.

Исходя из этого, прозвище Кольчуга могли дать по двум причинам. Первая — по ремеслу: так называли мастера, который изготавливал кольчуги. Вторая — по характерной одежде или роду занятий: прозвище мог закрепиться за воином, который постоянно носил кольчугу, либо за человеком, владевшим таким дорогим доспехом. В обоих случаях прозвище было наглядным и понятным окружающим.

Фамилия образовалась по стандартной русской модели: к основе «Кольчуг» добавили суффикс принадлежности -ин, а затем окончание -а, указывающее на женский род. Таким образом, Кольчугина — это «жена или дочь Кольчуги». В мужском варианте фамилия звучит как Кольчугин, и оба варианта исторически принадлежали к разряду так называемых «патронимических» фамилий, то есть образованных от личного прозвища отца.

Фамилия Кольчугина встречается в разных регионах России, но её концентрация выше там, где в старину были развиты кузнечное и оружейное ремёсла — например, в центральных губерниях и на Урале. Важно не путать её с фамилией Кольчугин, образованной от названия города Кольчугино во Владимирской области: город назван в честь купца и промышленника А. Г. Кольчугина, чья фамилия, в свою очередь, восходит к тому же прозвищу. То есть в основе всё равно лежит доспех, а не географическое название.