Фамилия Пятойкин — наглядный пример того, как русское имя числительное превратилось в прозвище, а затем и в фамилию. В основе лежит слово «пятойка» — так в старых русских говорах называли пятого ребенка в семье, пятого по счету сына или дочь. Сейчас это звучит необычно, но в крестьянской среде, где дети рождались часто, порядковый номер был простым и практичным способом идентификации человека. Сравните с фамилиями Первойкин, Второйкин, Третьяков — модель образования та же.

Суффикс «-кин» указывает на принадлежность: Пятойкин буквально значит «сын Пятойки» или «человек из рода Пятойки». Это типичный патроним на «-ин», который в русских фамилиях закреплялся за основами, оканчивающимися на «-а» или «-я». Если бы прозвище звучало как «Пятойко», мы бы получили фамилию Пятойков. Вариант с «-кин» встречается реже, что делает Пятойкина более редкой по сравнению с массовыми фамилиями на «-ов».

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России — Архангельской, Вологодской, Костромской областям, где диалектное слово «пятойка» было в ходу. В южных говорах чаще использовали «пятак» или «пятачок», поэтому там фамилия почти не встречается. Встречается и вариант написания с одной «к» — Пятойкин, но он ошибочен, так как суффикс «-кин» требует двойной согласной лишь в редких случаях.

Есть и другая, менее вероятная версия происхождения: от прозвища Пятойка, данного человеку за маленький рост или какую-то особенность, связанную с числом пять (например, пятый палец, пятый год службы). Но она слабее, потому что не объясняет массовость фамилии в тех же рядах, что и Третьяков или Шестаков, где числовая основа очевидно указывает на очередность рождения. Так что предки Пятойкиных — скорее всего, крестьяне или посадские люди, у которых в роду был пятый ребенок, и это закрепилось за всей семьей.

В документах фамилия фиксируется с XVII века, но в массовом порядке встречается в переписях XIX века. Известных носителей среди исторических личностей нет — фамилия осталась народной, без дворянских ветвей.