Фамилия Арбузин образована от прозвища или мирского имени Арбуза. В старину на Руси арбуз был не просто лакомством, а хорошо известной бахчевой культурой на юге. Прозвище Арбуза могли дать человеку круглому, дородному, либо тому, кто торговал арбузами или выращивал их. Корень здесь очевидный, но суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Арбузин, то есть сын или потомок Арбузы.

Интересно, что фамилия Арбузин встречается не только в южных регионах, где арбузы растут в изобилии, но и в центральной России, и даже на Урале. Это говорит о том, что прозвище могло закрепиться за переселенцами или за людьми, которые просто выделялись внешностью, а не ремеслом. В некоторых говорах «арбузом» называли толстяка, и это значение могло стать основой фамилии раньше, чем связь с огородничеством.

В отличие от более распространённой фамилии Арбузов, где суффикс -ов указывает на патроним от слова в чистом виде, форма Арбузин встречается реже. Она могла возникнуть в среде, где было принято использовать краткие, уменьшительные формы имени или прозвища (Арбуза, а не Арбуз). Словарь Б. Унбегауна относит такие фамилии к типичным русским патронимическим, но подчёркивает, что основа (Арбуз) относится к «вкусовым» прозвищам, которые давались по аналогии с едой.

В писцовых книгах XVI–XVII веков можно найти упоминания крестьян и посадских людей с именем Арбуз, но фамилия Арбузин, скорее всего, оформилась позже, в XVIII–XIX веках, когда крестьянам массово присваивали фамилии по прозвищам отцов. Социальный состав носителей фамилии преимущественно крестьянский и мещанский, дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.