Фамилия Замарайкина образована от прозвища Замарайка. В его основе лежит глагол «замарать» — «марать, грязнить, пачкать» (по В. И. Далю). Прозвище могли дать человеку, занятому «грязной» работой, например трубочисту, либо неаккуратному человеку, который не следил за внешностью.

Есть и вторая версия. Украинский глагол «замарати» означал «говорить несвязно, беспорядочно, бредить». В этом случае Замарайка — охранительное внутрисемейное прозвище-оберег. На Руси такие прозвища давали детям, чтобы отвратить злые силы: надеясь вырастить здорового мальчика, родители нарекали его Замарайкой.

Первые упоминания родственных именований относятся к XVI веку. В документах 1568 года из Ярославля записан Замараев Андрей Степанович. Потомок человека с прозвищем Замарайка со временем получил фамилию Замарайкин, а затем и женскую форму — Замарайкина.

В Книге памяти Калужской области сохранилась запись о заведующем пивной Замарайкине Василии Кондратьевиче, 1888 года рождения, из села Кузьмищево Тарусского района. Эта запись — одно из немногих документальных подтверждений бытования фамилии в дореволюционной России.

Суффикс -к- в основе Замарайка указывает на уменьшительно-пренебрежительную форму прозвища, характерную для северных и центральных говоров. А окончание -ин в фамилии — типичный русский патронимический суффикс, означающий «чей?»: Замарайкин — сын Замарайки.