Фамилия Арсенева — женская форма фамилии Арсенев, и её происхождение напрямую связано с мужским вариантом. В основе фамилии лежит редкое для русской ономастики имя или прозвище Арсен. Это сокращённая форма от канонического крестильного имени Арсений (от греческого «арсен» — мужчина, мужественный). В русской традиции такие усечённые имена (Арсен, Кузьма, Никита) часто становились основой для фамилий, причём суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — Арсенев, то есть сын или потомок человека по имени Арсен.

Однако есть и вторая, менее очевидная версия. В южнорусских и украинских говорах слово «арсен» могло означать не имя, а прозвище, данное человеку за характер — например, «арсенистый» (упрямый, своенравный). В этом случае фамилия Арсенева становится не отчеством, а прозвищной, и её носительница — потомок человека с таким характером. Спор между версиями решается в пользу первой: церковное имя Арсений было широко распространено, и усечение до Арсен — типичный для XVI–XVII веков процесс, когда полные имена в быту сокращали, а потом закрепляли в фамилиях. Прозвищная версия возможна, но менее вероятна из-за отсутствия массовых письменных фиксаций «арсена» как нарицательного.

С точки зрения географии, фамилия Арсенева (и мужская Арсенев) встречается в основном в центральных областях России, а также в Поволжье. Это не очень частая фамилия, и её носители в XIX веке принадлежали к разным сословиям: от крестьян (особенно в Курской и Тамбовской губерниях) до мещан и купцов. В дворянских родословных книгах Арсеневы не значатся, что отличает их от похожей фамилии Арсеньевы — те были столбовым дворянским родом. Разница в суффиксе (-ев против -ьев) как раз и подчёркивает разное происхождение: Арсеньевы образованы от полной формы имени Арсений, а Арсеневы — от краткой Арсен.

Интересная деталь: в старых документах фамилию могли записывать через «о» — Арсонов, под влиянием акающего произношения. Но в современном написании закрепилась форма с «е», что и отличает её от белорусского варианта Арсёнов. Таким образом, фамилия Арсенева — это память о предке, которого в быту звали просто Арсен, и никакой другой глубинной символики, кроме мужественности, заложенной в имени, она не несёт.