Фамилия Толстина — это женская форма, а история её корня связана с мужским вариантом Толстин. В основе лежит прозвище Толстой или прилагательное «толстый». Но здесь есть важный словообразовательный нюанс: в отличие от знаменитой фамилии Толстой, которая склоняется как прилагательное, Толстин образована с помощью патронимического суффикса -ин. Это значит, что предок носителя фамилии был сыном человека по прозвищу Толста или Толстой, то есть «Толстин» буквально означает «чей? — Толстин», то есть «сын Толстого».

Прозвище Толстой в древнерусской традиции давали не только за полноту. В старину «толстый» могло означать «здоровый, крепкий, дородный», а в некоторых говорах — «богатый, зажиточный». Так могли называть человека состоятельного, имевшего вес в общине, или просто физически сильного. Исследователи русских фамилий, в частности Б. Унбегаун, отмечают, что прозвища по физическим признакам — один из самых древних пластов, и фамилии на -ин от них образуются по той же модели, что и от имён (Иван — Иванов, но Петя — Петин).

Географически фамилия Толстина встречается в центральных и северных регионах России, особенно в бывших Новгородской и Вятской губерниях. Там суффикс -ин был особенно активен. Встречается и вариант Толстин, который мог возникнуть независимо в разных местах, а не только как мужская параллель.

Стоит различать фамилию Толстина и фамилию Толстых: последняя принадлежит к другому типу — застывшей форме родительного падежа множественного числа, характерной для северных и сибирских говоров. Толстина же — классическая «чейная» фамилия, типичная для центральной России. Если предок был просто Толстой, его потомки могли получить фамилию Толстин, а не Толстой, что показывает, как прозвище переходило в фамилию через имя отца.