Фамилия Матырин образована от прозвища Матыра, и у этого прозвища есть как минимум две равноправные версии происхождения. Первая отсылает к украинскому слову «матірний», которое связано со словом «матірка». У этого слова два значения: «мать» и «материя, грубая ткань из волокон конопли». Отсюда и двойной смысл прозвища: «материнский» или «матерчатый». То есть Матырой могли называть человека, которого воспитывала одна мать, без отца, либо мастера, который ткал грубое полотно, или торговца такими тканями.

Вторая версия связывает прозвище с рекой Матырой, протекающей в Тамбовской и Липецкой областях. Если следовать этой логике, основатель рода Матыриных жил на её берегу, и река дала ему имя, а потомкам — фамилию. Географические прозвища в русской традиции встречаются часто, но в данном случае обе гипотезы выглядят убедительно, и выбрать одну сложно.

Словообразовательная модель проста: к основе Матыра добавили типичный русский суффикс -ин, обозначающий принадлежность. Первоначально Матырин означал «сын Матыры» или «человек из рода Матыры». Такая модель с суффиксом -ин характерна для фамилий, образованных от слов с конечным -а, и широко распространена в центральной России.

Интересно, что фамилия не получила широкого распространения за пределами тех регионов, где протекает река Матыра и где historically сильны украинские диалектные влияния. Это делает её локальной и узнаваемой. Встречаются однокоренные варианты — Матырский, Матыркин, но именно форма Матырин закрепилась как основная.