Фамилия Мастюнина — женская форма, а её мужской вариант — Мастюнин. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Мастюня. Словообразовательная модель проста: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Мастюни, позже — потомок Мастюни).

Корень «маст-» в русских говорах связан со словом «масть» — цвет, окрас, особенно у животных и лошадей. Прозвище Мастюня могли дать человеку по характерной внешности: смуглому, темноволосому или, наоборот, с яркой, «маститой» наружностью. В словаре В. И. Даля «маститый» означает «почтенный, солидный, старый», но это скорее вторичное значение. Первичная мотивация — именно цветовая характеристика.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с глаголом «мастерить» — быть умельцем, мастером. Тогда Мастюня — ласкательное прозвище искусного ремесленника. Однако в этом случае ожидалась бы форма Мастерюня или Мастеря, а «мастюня» звучит как уменьшительное именно от «масть».

Фамилия редкая. Географически она тяготеет к северным и центральным регионам России, где сохранились архаичные прозвищные формы. В переписных книгах XVII века можно встретить крестьян и посадских людей с прозвищем Мастюня — чаще всего в Вятской и Архангельской губерниях. Это указывает на то, что предки носителей фамилии были свободными земледельцами или ремесленниками, а не дворянами.

Таким образом, фамилия Мастюнина происходит от прозвища, данного по цвету кожи или масти, и указывает на конкретного предка — человека по имени или прозвищу Мастюня, жившего не позднее XVII века.