Фамилия Остоматина — женская форма мужской фамилии Остоматин. Её основа, скорее всего, происходит от прозвища или некалендарного имени Остомат. В русских говорах слово «остомат» могло означать «упрямый, своенравный человек» или «тот, кто постоянно спорит, перечит». В некоторых диалектах «остоматить» — значит «надоедать, докучать». Таким образом, предок-родоначальник мог получить такое прозвище за свой характер.

Модель образования типична для северных и центральных областей России: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Остомата). Фамилии на -ин в этой части страны были распространены шире, чем на -ов, особенно если основа оканчивалась на -а или -я. Мужская форма Остоматин встречается редко, что говорит о локальном бытовании фамилии, возможно, в пределах одной губернии или даже уезда.

Интересно, что в основе могло лежать не только прозвище, но и искажённое крестильное имя. Например, редкое имя Остап (форма Евстафия) в народном произношении иногда звучало как Остамат. Если это так, то фамилия Остоматин — вариант более известной фамилии Остапов или Остапенко, но с местной фонетической особенностью. Первая версия (от прозвища) кажется более правдоподобной, так как форма Остомат не фиксируется в святцах, а в народной речи чаще встречаются уменьшительные варианты вроде Осташка или Останя.

Фамилия почти не встречается за пределами России, что подтверждает её узкорегиональное происхождение. Сословная принадлежность предков, скорее всего, крестьянская или мещанская — фамилии на -ин у дворян были редкостью и обычно образовывались от полных форм имён.