Фамилия Колтушина образована от прозвища или нецерковного имени Колтуш. Основа здесь — диалектное слово «колтуш», которое в северных и сибирских говорах означало ком, сгусток, шишку, а также болезненное спутывание волос (колтун). Человек с таким прозвищем мог получить его из-за внешности — например, из-за свалявшихся волос, которые в народе связывали с колдовством или порчей. Либо прозвище носило иронический характер: так могли назвать неопрятного, неряшливого человека, который редко расчёсывался.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Колтушина — дочь или жена Колтуша. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от основ на твёрдый или мягкий согласный (ср. Дружинин, Репин). В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречаются у потомков по мужской линии, -ин не делает фамилию «матронимической» — она просто следует за звучанием основы.

Географически фамилия тяготеет к северу России: в переписях XVII–XVIII веков Колтуши встречаются в Вологодской, Архангельской, Вятской губерниях. Например, в писцовых книгах Устюга Великого упоминается крестьянин Ивашко Колтуш (1623 год). Южнее фамилия почти не фиксируется, что подтверждает её диалектное происхождение.

В написании фамилии нет вариативности: Колтушина — единственная нормативная форма. Ударение падает на второй слог (Колту́шина), хотя в устной речи изредка смещается на первый под влиянием слова «колтун». Фамилия не имеет отношения ни к польскому Колтушу (от Koltusz — «человек из Кольтуша»), ни к еврейским фамилиям на -штейн — это чисто русская, крестьянская по происхождению фамилия, связанная с бытовым прозвищем.