Фамилия Колтырин образована от прозвища Колтыря, и её значение — не простая характеристика, а целый спектр возможных занятий и черт характера предка. В основе лежит областное слово «колотыря», которое в разных краях России означало разное. В одних местах так называли драчуна, буяна, вздорного и сварливого человека. В вологодских говорах — десятского, нарядчика, того самого крестьянина, который стучал под окнами, вызывая односельчан на работу или выколачивая подати. То есть прозвище могло относиться и к человеку с тяжёлым нравом, и к исполнителю не самой любимой общественной повинности.

Был и третий смысл: «колотырный промысел» означал мелкую торговлю по базарам, кулачество, а «колотырная жизнь» — бедную, нудную. Поэтому фамилия могла указывать и на род занятий предка, и на его социальное положение. Менее вероятная, но существующая версия связывает прозвище с диалектным глаголом «колтышить» — мотаться, качаться, болтаться. В таком случае Колтырей могли прозвать бродягу.

Прозвище это древнее. В работах С. Б. Веселовского упоминаются Иван Михайлович Колтыря Раков, дьяк (1532 год, Псков), и Богдан Колтырин, земский дьячок (1636 год, Устюг). То есть уже в XVI–XVII веках прозвище бытовало в северо-западных и северных русских землях, причём среди людей грамотных, служилых — дьяков и дьячков. Это важная деталь: фамилия не обязательно указывает на крестьянское происхождение.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе прозвища Колтыр- добавился суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — Колтырин). Это одна из самых распространённых патронимических моделей в русской ономастике.