Фамилия Устюхин образована от имени или прозвища Устюха. Это разговорная, народная форма канонического крестильного имени Иустин (в русской традиции часто звучавшего как Устин, Юстин). Имя Иустин происходит от латинского justus — «справедливый». Уменьшительно-ласкательные варианты вроде Устюха, Устюшка были естественны в крестьянской и мещанской среде: так называли человека в быту, а фамилию закрепили за его детьми как «Устюхины», то есть «дети Устюхи».

Суффикс -ин указывает на модель образования от основы на -а/-я: Устюха → Устюхин. Это типичный патроним (отчество, ставшее фамилией), распространённый в центральной и северной России. В отличие от фамилий на -ов, которые чаще образовывались от основ на твёрдый согласный, -ин — вторая по частотности модель в русской ономастике.

Версия о связи с топонимом Великий Устюг маловероятна. Житель этого города — устюжанин, а фамилия от названия города звучала бы как Устюгов или Устюжский. «Устюхин» явно происходит от личного имени, а не от географического названия, хотя корень «устюг» мог быть переосмыслен в народном сознании.

Встречаемость фамилии невысока. По данным открытых источников, Устюхины чаще всего фиксируются в Вологодской, Кировской областях и Пермском крае — регионах, где имя Устин было особенно популярно в XVII–XIX веках. Сословно предки Устюхиных в большинстве — государственные или помещичьи крестьяне, реже — мещане. Дворянских родов с такой фамилией не отмечено.

Интересная деталь: в некоторых говорах «устюха» могло быть прозвищем человека с «устюгом» — особым инструментом (род молота или утюжка для разглаживания кож). Но эта версия вторична: прозвище от орудия труда могло закрепиться за мастеровым, но гораздо вероятнее, что фамилия всё же восходит к имени.