Фамилия Затямина — женская форма фамилии Затямин, а та, в свою очередь, образована от прозвища Затяма. В основе этого прозвища, скорее всего, лежит глагол «затямить» или «затемнить». В русских говорах «затямить» значило «затемнить, сделать тёмным, неясным», а также «забыть, упустить из виду». Прозвище Затяма могли дать человеку рассеянному, забывчивому или, напротив, тому, кто любил темнить, говорить намёками и утаивать правду.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Затямы), то есть Затямин — это «потомок Затямы». Такая модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ин так же распространены, как на -ов/-ев в южных регионах. В отличие от «затемнить», форма «затямить» с корнем -тям- — диалектная черта, характерная для владимирских, ярославских и костромских говоров. Поэтому географически фамилия Затямины, скорее всего, берёт начало именно в этих краях.

Встречается и менее вероятная версия, связывающая прозвище с тюркским словом «тям» (ум, мысль) и приставкой за-, что могло бы означать «заумный» или «задумчивый». Однако русская диалектная основа выглядит убедительнее: она объясняет и форму слова, и его бытовой, прозвищный характер. Фамилия редкая, не относится к дворянским родам — её носителями были крестьяне и посадские люди, получившие фамилию по уличному прозвищу предка.