Фамилия Алтензен — редкий пример фамилии, которая не вписывается в привычные славянские модели на -ов, -ин или -ский. Её происхождение скорее всего связано с немецкой или скандинавской топонимикой. Основа «Алтен» восходит к немецкому alt — «старый», а суффикс «-зен» (нем. -sen) характерен для фамилий, образованных от названий мест или патронимов с окончанием, указывающим на принадлежность. Вариант «Алтензен» мог возникнуть от названия населённого пункта, например, Альтензен (Altenseen) в Нижней Саксонии, или от сложения «старое озеро» (Alten + See). В таком случае фамилия указывала на человека, который жил у старого озера или переехал из соответствующей местности.

Другая, менее вероятная версия связывает фамилию с еврейской традицией искусственных фамилий. В XVIII–XIX веках в Австро-Венгрии и Пруссии евреям предписывали брать фамилии, и нередко использовали немецкие корни. «Алтензен» могло быть составлено из «Alten» (старый) и «Sohn» (сын), но форма «-зен» скорее указывает на окончание дательного падежа множественного числа в немецких топонимах, чем на прямое отчество.

В России фамилия Алтензен — единичная. Она не фиксируется в массовых переписях крестьян или мещан, что говорит о её позднем появлении в русскоязычной среде. Скорее всего, носители — потомки немецких колонистов, переселившихся в Поволжье или Причерноморье в XVIII–XIX веках, либо выходцы из Прибалтики, где немецкая топонимика была распространена. Со временем окончание могло адаптироваться к русскому произношению, но основа осталась без изменений.

С точки зрения словообразования, это типичная «географическая» фамилия: в ней нет русского суффикса принадлежности, а сама конструкция сохраняет прозрачную немецкую этимологию. Если сравнивать с однокоренными, то в Германии встречаются фамилии Альтензее, Альтман, Альтендорф — все они отсылают к месту или свойству. «Алтензен» стоит в этом ряду особняком из-за редкого окончания, которое в русском языке воспринимается как экзотическое и не склоняемое по падежам.