Фамилия Малмыгин образована от прозвища Малмыга. В основе прозвища лежит слово «мальма» — так называют рыбу из рода гольцов, семейства лососёвых. Мальма обитает в северных водах, от Кольского полуострова до Камчатки, поэтому географические корни фамилии стоит искать именно в этих регионах. Прозвище Малмыга могли дать заядлому рыболову, который часто ловил мальму, или человеку, который особенно любил готовить и есть блюда из этой рыбы. В русских говорах слово «мальма» иногда произносили как «малма», что и дало вариант «Малмыга» с характерным для северных диалектов переходом гласных.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе на -а добавили притяжательный суффикс -ин, который указывает на принадлежность потомку человека по прозвищу Малмыга. То есть Малмыгин — это «сын Малмыги» или «из рода Малмыги». Суффикс -ин типичен для фамилий, образованных от слов, оканчивающихся на -а, -я, и встречается в русских фамилиях повсеместно, в отличие от более редких моделей на -их/-ых.

Менее вероятная, но возможная версия связывает прозвище Малмыга с диалектным глаголом «малмыжить» — говорить невнятно, мямлить. В этом случае прозвище носило бы характер насмешки над неразборчивой речью. Однако связь с рыбой выглядит правдоподобнее, поскольку прозвища по роду занятий или кулинарным пристрастиям встречаются в русской ономастике чаще, чем прозвища по дефектам речи. Потомок человека по прозвищу Малмыга со временем получил фамилию Малмыгин, которая закрепилась и передавалась по наследству.