Фамилия Антосина образована по одной из самых распространённых в русском языке моделей — с помощью суффикса -ин. Этот суффикс указывает на принадлежность: Антосина буквально значит «дочь (или жена) Антоси». В основе фамилии лежит не полное имя Антон, а его уменьшительная или обиходная форма Антося. Такие формы были в ходу в крестьянской и мещанской среде: Антося, Антоха, Антошка. Соответственно, Антосина — это «та, что из рода Антоси», то есть потомок человека, которого в быту звали Антосей.

Мужской вариант фамилии — Антосин — встречается реже, чем женская форма, закрепившаяся в документах. В русской традиции фамилии на -ин чаще всего фиксировались по отцу или главе семьи, но в данном случае женское окончание могло сохраниться, если носительницей фамилии стала вдова или дочь, или же если фамилия была записана в метриках с уже сложившимся окончанием. Географически фамилия тяготеет к центральным и северным губерниям России, где суффикс -ин был особенно распространён, однако точных данных о концентрации по регионам нет.

Словообразовательная цепочка проста: Антон (каноническое имя) → Антося (ласкательное) → Антосин (притяжательное прилагательное) → Антосина. Имя Антон восходит к римскому родовому имени Antonius, которое в христианской традиции стало известно благодаря святому Антонию Великому. Таким образом, далёкий предок носителей фамилии был, скорее всего, простым человеком, которого в деревне называли Антосей, — и это прозвище перешло к его детям как фамилия.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Антонов, Антошин, Антонихин) показывает, что Антосина — одна из наименее частых форм. Если Антонов образовано от полного имени, а Антошин — от Антоша, то Антосина стоит в ряду с такими же «уменьшительными» вариантами, как Васин (от Вася) или Петин (от Петя). Это указывает на неформальный, бытовой характер прозвища: предка звали не официально, а по-домашнему. Других версий происхождения, например от географического названия или профессии, для этой фамилии не предлагается — основа прозрачна и не даёт повода для споров.