Фамилия Колтукова — женская форма фамилии Колтуков. В её основе лежит прозвище или нецерковное имя Колтук, которое на Руси давали по внешности или характеру. Слово «колтук» в диалектах означало «вихор», «космы», «лохматый человек». В некоторых говорах так называли неуклюжего, неповоротливого человека или, наоборот, того, кто ходит взлохмаченным, непричёсанным. Прямое значение — «тот, у кого волосы сбились в колтун». Прозвище было не ласкательным, а скорее насмешливым или описательным: им могли наградить человека с неопрятной шевелюрой.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: Колтуков — сын Колтука. Суффикс -ов типичен для фамилий центральной России и Поволжья. Интересно, что слово «колтук» во многих регионах имело и второе значение — «комок», «сгусток». Поэтому нельзя исключать, что прозвище относилось к человеку плотного телосложения или сбитой фигуре. Встречается и версия, что Колтуком могли назвать выходца из местности, где было принято такое прозвище для чужака — например, для переселенца из другого уезда, который выглядел не так, как местные.

Географически фамилия Колтуковы чаще всего фиксируется в южнорусских областях: в Тульской, Рязанской, Тамбовской губерниях. Встречается она и у старообрядцев, которые нередко сохраняли прозвищные фамилии в неизменном виде. Поскольку прозвище Колтук не было редким, фамилия возникла независимо в разных местах, так что все Колтуковы не обязательно родственники. В дореволюционных переписях Колтуковы встречаются в среде крестьян и однодворцев — особого сословия, которое занимало промежуточное положение между крестьянами и дворянами.

В современном русском языке фамилия сохраняет редкий корень, который почти не употребляется как нарицательное слово. Это типичный случай, когда живая речь утратила прозвище, а фамилия осталась как память о нём.