Фамилия Лытонина образована от прозвища или мирского имени Лытоня. Самая прямая версия связывает его с глаголом «лытать». В словаре Владимира Даля это слово означает «уклоняться от дела, шататься, скитаться, бегать без дела, проводить время праздно и вне дома». Согласно этой трактовке, Лытоней могли прозвать праздного человека, любителя бродить без цели.

Есть и вторая, противоположная по смыслу гипотеза. Она также отталкивается от глагола «лытать», но объясняет имя как оберег. В древности родители могли назвать сына Лытоней, надеясь, что он вырастет трудолюбивым и старательным — то есть полной противоположностью прозвищу. Такая практика давать «отрицательные» имена для защиты от злых сил была распространена на Руси.

В словообразовательном плане фамилия типична для северных и центральных областей России: суффикс -ин указывает на принадлежность «чей?» — сын Лытони. Основа Лытон- представляет собой усечённый вариант с суффиксом -он-, характерным для ласкательных или обиходных форм личных имён.

Фамилия фиксируется в исторических документах. В архивах Западно-Казахстанской области упоминается Василий Ефимович Лытонин, родившийся в 1884 году в селе Сахарный Лбищенского района. Среди известных носителей — поэт Геннадий Васильевич Лытонин (род. 1950), чьи стихи публиковались в сборниках «Северные встречи» (1993), «Тебе, солдат» (1995) и «Поэзия на Енисее» (2004–2007).