Фамилия Литвинкина — женская форма фамилии Литвинкин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или имени Литвинка. Основа здесь прозрачна: «Литвин» — так в старину в русских землях называли выходцев из Великого княжества Литовского, а точнее — белорусов, или, шире, жителей Литовской Руси. Уменьшительно-ласкательный суффикс -к- (Литвинка) указывает на то, что прозвище могло принадлежать человеку небольшого роста, младшему в семье или просто тому, кого называли ласково.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: от прозвища на -ка образовали фамилию с патронимическим суффиксом -ин, что означает «чей-то сын» или «чей-то потомок». Литвинкин — буквально «сын Литвинки». Такие фамилии на -ин чаще всего встречаются в северных и центральных областях России, где прозвищные формы с уменьшительными суффиксами были особенно распространены.

Стоит отметить, что фамилия Литвинкина — редкая. В отличие от массовых Литвиновых или Литвиненко, она сохранила «камерный» оттенок: её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких локальных родов. В ономастических справочниках эта фамилия специально не разбирается, но по аналогии с однокоренными (Литвин, Литвинов, Литвинкин) можно уверенно говорить о её этническом корне. Предок Литвинкиных мог быть переселенцем из белорусских земель, либо его прозвали так за говор, одежду или обычаи, напоминавшие «литву».

В дореволюционной России фамилия не указывала на сословие: Литвинкиными могли быть и крестьяне, и мещане, и купцы. Ударение, скорее всего, падает на второй слог — Литви́нкина, хотя в некоторых говорах возможно смещение на третий.