Фамилия Штыбина — это женская форма, но в основе лежит мужская фамилия Штыбин, которую и стоит разбирать. Она образована по самой распространённой в русском языке модели: от прозвища или имени с помощью суффикса -ин, который указывает на принадлежность («чей?» — сын Штыбы). В центре внимания оказывается слово «штыба».

В диалектах русского языка, особенно в южных и западных регионах, «штыба» — это неожиданный и многозначный корень. Самое вероятное значение — прозвище человека с заметным дефектом речи: шепелявого или картавого. В говорах слово «штыбать» означало «шамкать, невнятно говорить». Прозвища по физическим особенностям давали очень часто, и они легко закреплялись за родом. Вторая, менее распространённая версия, отсылает к слову «штыб» — так называли угольную мелочь, отсев. В этом случае прозвище мог получить либо человек, работавший с углём (например, кочегар или торговец), либо тот, кто был невысок ростом или «мелковат» по характеру.

Важно, что фамилия Штыбин не имеет отношения к украинской или польской «штыбе» в значении «сапог» (от немецкого Stiefel) — это омоним, который в русской среде не прижился. Словообразовательная модель проста: основа «штыб-» плюс суффикс -ин. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, и её географическое бытование размыто — встречается и в центральных областях России, и на Урале, что подтверждает диалектный характер корня.

С точки зрения ономастики, это типичная «фонетическая» фамилия — она записана на слух, без книжной обработки. В ней нет мордовских или тюркских следов, вопреки возможным догадкам. Родственными по корню можно считать фамилии Штыбов, Штыбинский, а также утраченные Штыба и Штыб.