Фамилия Колюгина — женская форма фамилии Колюгин, и её происхождение напрямую связано с мужским прозвищем или именем Колюга. Корень здесь — «кол-», тот же, что в словах «колоть», «колючий». Суффикс «-юг-» (как в «зверюга», «ветрюга») придаёт слову усилительное, иногда пренебрежительное или шутливое значение. Так что Колюгой в старину могли назвать человека колкого на язык, язвительного, либо внешне похожего на колючку — худого, острого, с торчащими волосами или бородой. В северных и сибирских говорах «колюга» могло означать и просто «колючий кустарник», «репейник», и прозвище могло быть дано по месту жительства — у зарослей колючки, или по характеру — «цепкий», как репей.

Фамилия образована по типичной модели с суффиксом «-ин», указывающим на принадлежность: Колюгин — сын или потомок Колюги. В русской ономастике такие фамилии чаще всего возникали в среде крестьян и посадских людей, где прозвища давались по внешним признакам или поведению. Боярских или княжеских родов с такой фамилией не зафиксировано — это «низовая», бытовая фамилия, что не делает её менее древней: прозвища такого рода встречаются в переписных книгах XVI–XVII веков.

Встречается фамилия Колюгин преимущественно в центральной России и Поволжье. Встречаются варианты написания с одной «л» — Колюгин, и с удвоенной — Колюгин (последнее реже, может быть следствием описки или влияния украинской традиции). Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Колю́гин, хотя в некоторых говорах возможно и на первый.

Однокоренные фамилии — Колючкин, Колюжников, Колюханов — показывают, что основа «кол-» была продуктивной для прозвищ. Но Колюгин стоит особняком из-за редкого суффикса «-юг-», который в русских фамилиях встречается нечасто (сравните с фамилиями Зверюгин, Ветрюгин). Это делает фамилию узнаваемой и нестандартной.