Фамилия Серыгин образована от имени или прозвища Серыга. В русской ономастике это уменьшительно-ласкательная форма, возникшая от основы «сер-», которая восходит либо к прилагательному «серый», либо к каноническому имени Сергей. В первом случае прозвище Серый давали человеку с невзрачной внешностью, неброской одеждой или, что реже, с серым цветом глаз или волос. Во втором — Серыга могло быть народной, разговорной версией имени Сергей, где отсечение конечного «-ей» и замена на «-ыга» характерны для просторечной традиции (ср. Митя — Митяга, Коля — Колыга). Суффикс «-ыг(а)» в русских прозвищах выполнял фамильярно-ласкательную функцию, нередко с оттенком иронии или приятельского снижения.

Фамилия оформлена по патронимической модели: суффикс «-ин» указывает на принадлежность к роду — «чей?» — «сын Серыги». Такая модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на «-ин» массово закреплялись в XVI–XVII веках у крестьян и посадских людей. В отличие от дворянских фамилий на «-ов», «-ин» чаще встречался в среде ремесленников, крестьян и мелких служилых людей. Дворянских родов с фамилией Серыгин в «Общем гербовнике» не зафиксировано, что подтверждает её простонародное происхождение.

Географически фамилия тяготеет к Вятке и Поволжью. В переписях XVII века, например, в Казанском уезде и Сарапульском уезде Вятской губернии, встречаются крестьяне с прозвищем Серыга и фамилией Серыгин. Позднее, в XIX веке, носители фамилии фиксируются в Пермской, Вятской и Нижегородской губерниях. Редкость фамилии объясняется тем, что основа «сер-» не дала обильных производных — в отличие от фамилий от имени Сергей (Сергеев, Сергейчев), Серыгин остался локальным вариантом, не распространившимся широко за пределы исходных регионов.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Серов, Серяков, Серёгин — показывает разницу в суффиксах: «-ов» чаще указывал на прозвище отца, «-як» на характерный признак («серяк» — серый, невидный человек), а «-ёгин» — ещё одна форма от Сергея. Серыгин выделяется именно архаичным суффиксом «-ыга», который в современном русском языке почти не употребляется, но в XVII–XVIII веках был жив в народной речи. Таким образом, фамилия — не просто «сын Серого или Сергея», а свидетельство той языковой среды, где прозвища и имена свободно перерабатывались в ласкательные формы, позже застывшие в качестве родового имени.