Фамилия Кольгин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей: от личного имени или прозвища с помощью суффикса -ин. Суффикс указывает на принадлежность: Кольгин — «сын Кольги», а Кольга — это и есть исходное прозвище или уменьшительное имя. Основа здесь — корень «кольг-», который встречается в русских говорах и требует разбора.

Самая прямая версия связывает Кольгу с диалектным словом «кольга». В северных и сибирских говорах так называли топкое болото, зыбкое место, трясину. Прозвище Кольга могли дать человеку, жившему у болота, либо тому, кто вёл себя медлительно, «вязко», как в трясине. Эта версия подкрепляется тем, что фамилия Кольгин встречается в Вологодской и Архангельской областях — регионах, где слово «кольга» было в ходу.

Вторая версия, менее распространённая, но допустимая: Кольга — вариант имени или прозвища от крестильного имени Николай. В просторечии Николая звали Коля, а уменьшительные формы вроде Колька, Кольга — естественное продолжение народной традиции. Тогда Кольгин означает «сын Кольги», то есть сын Николая. Однако суффикс -га чаще встречается в прозвищах, образованных от нарицательных слов, чем в уменьшительных от имён, поэтому болотная версия выглядит надёжнее.

Встречается также форма Кольгин с ударением на первый слог, что характерно для фамилий, образованных от кратких имён. Географически фамилия не относится к числу широко распространённых, но зафиксирована в переписях населения XIX века в Вологодской губернии и в Сибири — в районах, куда переселялись северные крестьяне. Социально предки Кольгиных были, скорее всего, государственными крестьянами, а не дворянами: фамилия не попала в родословные книги, а встречается в метрических книгах и ревизских сказках.

Однокоренные фамилии — Кольгов, Кольганов, Кольгинский — встречаются реже и могут иметь схожую основу. В целом Кольгин — фамилия, которая прямо указывает на ландшафтную особенность места жительства предка или на его личное прозвище, и в обоих случаях корень её прозрачен для диалектолога.