Фамилия Колтыпина — женская форма, а её основа, мужская фамилия Колтыпин, восходит к прозвищу или нецерковному имени Колтыпа. В русской ономастике такие фамилии с суффиксом -ин обычно указывали на принадлежность человеку, названному этим словом: «чей?» — Колтыпин, то есть сын или потомок Колтыпы.

Происхождение прозвища Колтыпа неочевидно и вызывает споры. Самая правдоподобная версия связывает его с диалектным глаголом «колтыхать» или «колтыхаться» — так в некоторых русских говорах (особенно южных и рязанских) говорят о неровной, прихрамывающей походке, о ходьбе вразвалку или с перевальцем. В этом случае Колтыпой могли прозвать человека с характерной манерой ходить. Вторая версия, менее распространённая, но возможная, выводит основу из слова «колты» или «колтык» — так в некоторых областях называли крюк, багор или загнутую палку. Здесь прозвище могло указывать на род занятий: рыбак, пользующийся багром, или человек, делавший такие орудия.

Словообразовательная модель здесь редкая: основа на -ып(а) с суффиксом -ин — не самая частая в русских фамилиях. Сравнить её можно с фамилиями Шипин (от «шипа»), Хрипин (от «хрипа») или Лыпин (от «лыпа»). В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев, такие на -ин чаще встречаются в северных и центральных регионах России, хотя точная география бытования именно Колтыпиных не описана в известных справочниках.

В исторических документах фамилия не зафиксирована широко — это не дворянский род и не купеческая династия, а скорее крестьянская или посадская фамилия, возникшая в среде, где прозвища давали по внешним приметам или бытовым реалиям. Фамилия Колтыпина, таким образом, несёт в себе отпечаток живой народной речи — не книжной, а той, что звучала в повседневном общении.