Фамилия Колтухина — женская форма фамилии Колтухин. В русской традиции такие фамилии чаще всего образовывались от мужского прозвища или имени с помощью типичного суффикса -ин, который указывал на принадлежность: «чей сын?» — Колтухин, то есть сын Колтуха.

Основа фамилии — прозвище Колтух. Его происхождение неочевидно, но есть две основные версии. Первая связывает прозвище с диалектным словом «колтух» — так в некоторых говорах называли человека с колтуном, то есть со спутанными, свалявшимися волосами. В старину колтун считался не просто неопрятностью, а иногда и болезнью, поэтому прозвище могло быть описательным — по характерной внешней примете. Вторая версия выводит прозвище из глагола «колтушить» — путать, сбивать, мешать. В этом случае Колтухом могли прозвать человека суетливого, беспокойного или, наоборот, того, кто постоянно «путал карты» в делах.

Фамилия Колтухин встречается в основном в центральных и северных областях России, что типично для прозвищ, образованных от бытовых диалектных слов. Среди однокоренных фамилий — Колтунов, Колтун. Но Колтухин стоит особняком: суффикс -ух- в основе (Колт-ух) характерен для прозвищ, передающих эмоциональную или физическую оценку (ср. Ветрюх, Грязнуха). Это указывает, что прозвище не было официальным именем, а возникло в крестьянской или посадской среде как меткая бытовая характеристика.

Сословный состав носителей фамилии был разнородным, но преобладали крестьяне и мещане. В документах XVIII–XIX веков Колтухины записаны в Тверской, Костромской, Вологодской губерниях. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.