Фамилия Тонушкина — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а почти забытое слово с нежной окраской. Разговорное «тонушка» в русских говорах значило «тоненькая, худощавая девушка или женщина». Слово образовано от прилагательного «тонкий» с уменьшительно-ласкательным суффиксом -ушк-, тем же, что в «головушка» или «кормилушка». Так могли в быту называть стройную, субтильную девушку — скорее всего, не в насмешку, а с оттенком жалости или нежности.

По модели образования фамилия относится к типично русскому типу на -ин: от прозвища или обиходного имени Тонушка (в диалектах — Тонушка) с помощью притяжательного суффикса, отвечающего на вопрос «чей?». Первоначально Тонушкины — это дети, жена или домочадцы человека по прозвищу Тонушка. В документах XVII–XVIII веков встречаются единичные упоминания крестьян с прозвищем Тонушка в северных и центральных губерниях, но фамилия осталась локальной и не получила широкого распространения.

Стоит рассмотреть и альтернативную версию: в некоторых говорах «тонушка» могло быть производным от глагола «тонуть» — так называли человека, который часто попадал в воду или тонул. Однако эта гипотеза слабее: словообразовательная цепочка «тонуть → тонушка» неестественна для русской антропонимии, а прозвища от «тонкий» фиксируются в словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна есть параллели вроде Тонков, Тонких). Поэтому версия с «худощавой девушкой» остаётся основной.

Фамилия Тонушкина незначительно варьируется по написанию: в старых метрических книгах можно встретить Танушкина (под влиянием акающего произношения) или даже Тонюшкина — с заменой суффикса на более частый -юшк-. Но исходная форма с -у- сохранилась как наиболее устойчивая.

В сословном отношении Тонушкины, скорее всего, крестьянского происхождения: прозвища с уменьшительными суффиксами редко встречались у дворян или купцов, где предпочитали фамилии от полных имён или географических названий. Географически фамилия тяготеет к Владимирской, Костромской и Нижегородской областям — регионам, где диалектное слово «тонушка» бытовало дольше всего.