Фамилия Самыхина — женская форма фамилии Самыхин, и её разбор стоит начать с мужского варианта, который образован по одной из самых распространённых русских моделей: основа плюс суффикс -ин. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Самыхин — «чей?» — сын или потомок человека по имени или прозвищу Самыха. В русской ономастике фамилии на -ин типичны для северных и центральных областей России, где они нередко вытесняли более южные фамилии на -ов.

Корень «Самых-» восходит к неканоническому личному имени или прозвищу Самыха. В старорусском языке слово «сам» имело широкий спектр значений: от «собственной персоны» до «хозяина» или «главы». Прозвище Самыха могли дать человеку самостоятельному, независимому, упрямому, либо тому, кто действовал по-своему, не оглядываясь на других. В диалектах встречается ироничное «сам себе голова» — так называли самоуверенных или своевольных людей. Менее вероятна, но возможна связь с уменьшительной формой крестильного имени Самуил (в народном произношении — Самойло, Самоха), где «Самыха» могло быть просторечным вариантом.

С точки зрения словообразования, Самыхин — редкий пример с суффиксом -ых-, который в основе встречается нечасто. Обычно фамилии на -ых (например, Черных, Седых) застывают в родительном падеже множественного числа и не склоняются, но здесь -ых- входит в состав прозвища, а не фамильного окончания, что делает форму Самыхин стандартной склоняемой фамилией.

Географически фамилия Самыхин (и, соответственно, Самыхина) тяготеет к Поволжью и Уралу: в архивных записях XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с таким прозвищем в Пермской и Вятской губерниях. В современных справочниках распределения фамилий Самыхина фиксируется преимущественно в Свердловской, Кировской областях и в Татарстане — это указывает на устойчивую региональную привязку к зоне русского заселения северо-востока.

Сословно предки Самыхиных, скорее всего, относились к крестьянам или ремесленникам: фамилия не содержит дворянских формантов (вроде -ский) и не встречается в родословных книгах знати. Однако это не делает её менее ценной для истории — она сохраняет живое прозвище, которое в быту точно характеризовало человека, давшего начало роду.