Фамилия Плотнягин образована от прозвища Плотняга. Основа здесь — «плотник», но с характерным суффиксом -яг(а), который в русских говорах придавал слову оттенок просторечия, ласкательности или, наоборот, пренебрежения (сравните: работяга, бедняга, скромняга). Плотнягой, скорее всего, называли человека, который занимался плотницким ремеслом — строил дома, ставил срубы, мастерил деревянную утварь. В крестьянской среде плотник был фигурой уважаемой и заметной, так что прозвище легко закреплялось за родом.

Фамилия образована по патронимической модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Плотнягин, то есть сын или потомок Плотняги. В отличие от более распространённых фамилий на -ов/-ев, которые образуются от основ на твёрдый согласный, суффикс -ин типичен для основ, оканчивающихся на -а или -я. Это одна из древнейших словообразовательных моделей русских фамилий, идущая ещё от древненовгородских традиций.

Географически фамилия Плотнягин тяготеет к северным и центральным областям России, где плотницкое дело было особенно развито — Архангельская, Вологодская, Костромская, Нижегородская губернии. Встречается она нечасто, что объясняется редкостью самой прозвищной формы «Плотняга»: в документах и переписях чаще фиксировали прямое прозвище Плотник или фамилии Плотников, Плотниченко. Форма с суффиксом -яг(а) — признак живой разговорной речи, а не официального именования, поэтому она сохранилась в основном в тех семьях, где прозвище передавалось устно, из поколения в поколение, не попадая в ревизские сказки как основное имя.

В этимологическом словаре русских фамилий Б. О. Унбегауна фамилия Плотнягин не упоминается отдельно, но модель «основа ремесла + -яга + -ин» описана как характерная для восточнославянской ономастики. В современных базах данных фамилия фиксируется как редкая — по подсчётам, её носят несколько сотен человек в России, преимущественно в центральных регионах. Спорных версий происхождения у неё практически нет: корень прозрачен, а суффиксальный ряд типичен. Единственное, что может сбить с толку — возможное смешение с фамилией Плетнягин (от «плетень»), но это разные корни, и путать их не стоит.