Фамилия Колодяжин — один из тех редких случаев, где географическая привязка очевиднее, чем прямое значение корня. В отличие от распространённых фамилий, образованных от названий профессий или личных имён, эта почти наверняка ведёт родословную от конкретного места — села, деревни или урочища с названием Колодяжное, Колодяжи или Колодяга. Такие топонимы встречаются на юге России и Украины, особенно в Черноземье и на Слобожанщине, где «колодязь» — диалектное обозначение колодца или родника. Соответственно, человек, переехавший из Колодяжного в другую местность, получал прозвание «Колодяжин», то есть «тот, кто из Колодяж».

Словообразовательная модель здесь нетипична для русских фамилий на -ин, которые чаще образуются от имён или прозвищ на -а/-я (Кузьмин, Ильин). В случае Колодяжина суффикс -ин присоединён к топонимической основе Колодяж-, что характерно скорее для украинской или южнорусской традиции. Если бы фамилия возникла от прозвища «Колодяга» (человек, копавший колодцы или живший у колодца), форма звучала бы как «Колодягин». Но вариант на -жин указывает на прилагательное «колодяжий» — принадлежащий к Колодяжему. Это сближает фамилию с такими же топонимическими образованиями, как Бронницын или Торжкин.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с древнерусским словом «колодязь» (колодец) напрямую, без посредства названия села. В этом случае прозвище Колодяжа могли дать мастеру-колодезнику или владельцу колодца. Однако против этого говорит редкость фамилии: если бы корень был чисто профессиональным, ожидалось бы больше носителей в разных регионах. Ареал фамилии Колодяжин узок — она встречается в основном в Воронежской, Белгородской и Ростовской областях, что совпадает с зоной распространения топонимов на Колодяж-.

В дореволюционных метрических книгах фамилия фиксируется с вариантами написания: Колодяжин, Колодяжен, Колодяжнов. Последний — результат переоформления через суффикс -ов, что иногда происходило при записи в канцеляриях по аналогии с более привычными моделями. В целом фамилия осталась локальной и не получила широкого распространения, что только подтверждает её происхождение от небольшого поселения, а не от массового ремесла или имени.