Фамилия Заматохина — женская форма от Заматохин, и её разбор стоит начать с корня, который сразу выдаёт диалектное происхождение. Основа «заматох-» восходит к русскому глаголу «заматохать» — в говорах означало «замарать, испачкать, загрязнить». Прозвище Заматоха могли дать неопрятному человеку, который ходил неряшливо одетым или постоянно пачкался в работе. Редкий суффикс «-ох(а)» встречается в русских прозвищах реже, чем привычные «-к(а)» или «-ш(а)», и придаёт слову оттенок грубоватой простонародности: ср. «растрёпа», «замараха», «замотоха» (от «мотать» — человек, который путает, неаккуратен).

По модели образования фамилия — типичный пример «прозвищной» фамилии, где суффикс «-ин» указывает на принадлежность: «чей сын?» — Заматохин, то есть сын или потомок Заматохи. Такие фамилии были распространены в северных и центральных областях России, особенно в среде крестьян и посадских людей, где прозвище могло закрепиться за родом из-за характерной черты первого носителя.

Спорных версий у этой фамилии немного. Иногда ошибочно связывают с глаголом «заматореть» (закоснеть, застыть) или с диалектным «матоха» (матёрая, большая вещь), но фонетически и семантически «заматохать» как «запачкать» — единственное прямое соответствие. Словарь русских фамилий Б. Унбегауна не фиксирует Заматохина, но в региональных ономастиконах (например, по Архангельской и Вологодской губерниям) фамилия встречается, что подтверждает её северное происхождение.

В написании стоит отметить, что фамилия сохранила старую орфографию без удвоений и чередований — это говорит о том, что прозвище не переосмыслялось книжниками и не подгонялось под литературную норму. Сегодня носители фамилии Заматохины живут в основном в центральной России и Поволжье, но исходный ареал — северные земли, где слово «заматохать» было в ходу ещё в XIX веке.