Фамилия Звёздочкины образована от мирского имени или прозвища Звёздочка. В основе — нарицательное «звезда», и это один из тех случаев, когда фамилия сохранила не просто слово, а образ, связанный с обстоятельствами жизни человека или его характером.

Самый прямой путь к происхождению — имя Звёздочка, которое могли дать ребёнку, родившемуся на рассвете, когда на небе ещё видна утренняя звезда, или вечером, с появлением первых звёзд. В русской традиции мирские имена, образованные от небесных тел, встречаются, но не так часто, как от имён святых или черт характера. Поэтому Звёздочкины — фамилия с заметным, «говорящим» корнем.

Другая версия — прозвище Звёздочка, которое человек получал не при рождении, а в зрелом возрасте. Так могли назвать обладателя наградного знака в форме звезды (например, ордена) или, напротив, яркую, артистичную личность, которая «светилась» в обществе. В этом случае фамилия отражает не родовое имя, а социальную или личностную характеристику предка.

Менее вероятно, но не исключено, что прозвище указывало на занятие астрономией: предок Звёздочкиных мог быть звездочётом или человеком, изучающим небесные светила. Однако прямых доказательств этой версии нет, и она уступает двум первым по распространённости в русской ономастике.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Звёздочкин — буквально «сын Звёздочки» или «человек из рода Звёздочки». Это типичная модель для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а/-я. О точном времени и месте возникновения фамилии говорить сложно: процесс становления фамилий на Руси был долгим и неоднородным, но сама семантика — звёздная, светлая — делает Звёздочкиных заметным памятником славянской культуры.