Фамилия Колегин образована от прозвища или имени Колега. В основе почти наверняка лежит слово «колега» — устаревшее диалектное название товарища, сослуживца, сотоварища. В современном русском языке это слово закрепилось в форме «коллега» (через западноевропейские языки), но в народной речи, особенно на севере и в центральных губерниях, бытовал именно вариант «колега». Человек, которого прозвали Колегой, скорее всего, был постоянным напарником, помощником, с кем вместе работали или служили. Модель образования фамилии простая: к основе «Колег-» добавили притяжательный суффикс «-ин», который в русских фамилиях отвечал на вопрос «чей?» и указывал на принадлежность главе семьи.

Суффикс «-ин» типичен для фамилий, образованных от слов мужского рода, оканчивающихся на «-а» или «-я»: Колега — Колегин, как Фома — Фомин или Савва — Саввин. Это одна из самых распространённых моделей в северорусских и центральнорусских областях, что косвенно может указывать на географию возникновения фамилии — скорее всего, Вологодчина, Архангельская или Костромская губернии, где диалектное «колега» фиксируется в словарях.

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от крестильного имени Каллистрат или Каллиник через народные формы вроде Колега. В таком случае фамилия попала бы в разряд «полуименных», где прозвище заменяло полное церковное имя. Однако эта гипотеза слабее: для перехода «Калли-» в «Коле-» нет убедительных фонетических подтверждений в русской ономастике, тогда как прозвищная основа «колега» — товарищ — хорошо вписывается в логику народных имён.

В документах фамилия встречается нечасто, что говорит о её локальном распространении. В списках однодворцев и крестьян южных губерний Колегиных практически нет — это дополнительный аргумент в пользу северного или центрального происхождения. В XX веке фамилия расселилась шире, но до сих пор остаётся относительно редкой. По написанию её иногда путают с фамилией Колегов — та образована от прозвища Колег (без суффиксального «-а» на конце) и встречается в тех же регионах. По сути, Колегин и Колегов — однокоренные варианты одной прозвищной модели.