Фамилия Мантыгина — женская форма, мужской вариант — Мантыгин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Мантыга. Слово «мантыга» в русских говорах неоднозначно. В северных и сибирских диалектах так называли неуклюжего, неповоротливого человека, реже — большую, грубую вещь. Но есть и другая, более конкретная версия: «мантыгой» в некоторых областях именовали тяпку или мотыгу — орудие для обработки земли. В таком случае прозвище мог получить крестьянин, работавший мотыгой, либо человек, которому дали прозвище по инструменту, как Топор или Лопата.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Мантыгин — «сын Мантыги», «из рода Мантыги». Модель образования типична для северных и центральных регионов России, где фамилии на -ин широко распространены. Мужская форма Мантыгин могла появиться и в крестьянской, и в мещанской среде, но сословная принадлежность конкретных носителей не зафиксирована — фамилия редкая и не попала в ранние дворянские родословные.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Уралу: в метрических книгах XIX века Мантыгины встречаются в Вятской и Пермской губерниях, а также в Казанской. Это согласуется с диалектной зоной бытования слова «мантыга» — севернорусское наречие и его переходные говоры. Встречается вариант написания с одной «н» — Мантыгин, реже с ударением на первый слог: Ма́нтыгин.

Однокоренные фамилии — Мантыгов, Мантыкин — встречаются ещё реже и скорее всего образованы от тех же диалектных основ. Спорных версий немного: иногда «мантыгу» ошибочно связывают с тюркским «манты» (пельмени), но это лингвистически несостоятельно — суффикс -ыга в русских прозвищах не характерен для заимствований из тюркских языков, а само значение «пельмень» не даёт убедительного прозвища. Вероятнее всего, предок носителя фамилии был либо земледельцем с мотыгой, либо человеком с медлительным, «мантыжистым» характером.