Фамилия Толтыгина — женская форма, исходная мужская — Толтыгин. Это типичная русская «патронимическая» фамилия, образованная с помощью суффикса -ин, указывающего на принадлежность: «чей?» — «Толтыгин», то есть сын, потомок Толтыги. Основа здесь — прозвище Толтыга.

Слово «толтыга» в русских говорах неоднозначно, и это делает фамилию особенно интересной для этимолога. В словаре народных говоров зафиксировано значение «толстяк, неповоротливый человек» (от глагола «толстеть» или родственного «толдычить» — твердить, надоедать). Однако есть и другая, более редкая версия: в некоторых регионах «толтыгой» называли человека с грубой речью, ворчуна или того, кто «толдычит» одно и то же. Таким образом, прозвище могло характеризовать либо внешность (крупный, полный человек), либо манеру поведения (упрямый, занудный говорун).

Географически фамилия Толтыгин встречается в основном в центральных областях России, с заметным скоплением в Поволжье — в бывшей Нижегородской губернии и прилегающих районах. Это указывает на возможное происхождение из среды крестьян или посадских людей. В документах XVII–XVIII веков фамилия не фиксируется в боярских списках или родословных книгах, что говорит о её «народном», недворянском корне: предки Толтыгиных были, скорее всего, крестьянами или ремесленниками, получившими фамилию по уличному прозвищу.

Примечательно, что в фамилии нет суффикса -ов (Толтыгов), а использован -ин, что типично для прозвищ на -а, -я. Если бы основой было слово «толтык» (гипотетический вариант), мы бы имели форму Толтыков. Выбор именно суффикса -ин косвенно подтверждает, что прозвище звучало как Толтыга, а не Толтык, и было образовано по модели «Толтыгин» как «сын Толтыги». Это отличает фамилию от массы похожих на слух, но иных по словообразованию (например, Толстиков).

В целом, фамилия Толтыгина несёт в себе память о конкретном человеке — коренастом, грузном или въедливом предке, чью манеру или внешность закрепили в прозвище. Других версий, кроме этих двух, у специалистов нет: связь с каким-либо тюркским корнем или именем маловероятна из-за чисто славянского звучания основы и типичного русского суффикса.