Фамилия Витюнин образована от имени или прозвища Витюня. В основе почти наверняка лежит народная форма крестильного имени Виктор (от латинского victor — «победитель»). В русском языке это имя дало множество уменьшительных вариантов: Витек, Витяша, Витюня. Витюня — ласкательное обращение к маленькому Виктору, такое же, как Петюня от Пётр или Ванюня от Иван.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Витюнин буквально означал «сын Витюни» или «человек из семьи Витюни». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я. В официальных документах фамилия закрепилась, когда сына или внука Витюни записали как Витюнин — по отцу, подобно тому, как появились Петюнины, Ванюнины или Сережины.

Есть и менее вероятная версия, которую иногда предлагают любители народной этимологии: связь с диалектным словом «витюн» — так в некоторых говорах называли плетёный кнут или вид плетения. Однако для фамилии такое объяснение слабое: прозвища по орудиям труда встречаются, но форма Витюня в этом случае нелогична. Гораздо естественнее видеть здесь имя, тем более что фамилия Витюнин органично вписывается в ряд отыменных фамилий на -ин.

Географически фамилия редкая, встречается преимущественно в центральных и северных областях России — там, где имя Виктор было популярно в крестьянской среде. В дворянских и купеческих родах она почти не фиксируется: её носители — скорее всего, потомки крестьян или мещан, получивших фамилию по деду или отцу после отмены крепостного права.