Фамилия Арсенихин — редкий случай, когда в основе лежит не имя, а другое отчество. Если сразу взглянуть на конец слова, суффикс -ихин выдаёт северную, вятскую или сибирскую модель образования. В русских говорах, особенно в Архангельской, Вологодской, Пермской и Вятской губерниях, фамилии с -ихин (и его вариантом -ыхин) означали принадлежность к женщине: «чей сын?» — «Арсенихина сын», то есть сын женщины по имени Арсениха. Так в XVI–XVII веках звали жену или вдову мужчины по имени Арсений.

Само имя Арсений — греческого происхождения, от «арсен» — мужской, мужественный. В святцах оно появилось благодаря святому Арсению Великому, но в народной среде до XIX века оставалось относительно редким, чаще встречалось в монашеской среде. Однако в крестьянской среде Арсениями называли детей, и от имени Арсений по цепочке образовалось сначала женское прозвище Арсениха — «жена Арсения», а затем фамилия Арсенихин для их детей. Такой способ — от женского прозвища через суффикс -ихин — типичен для севера и северо-востока Руси, где фамилии часто закреплялись по матери в условиях семейного уклада, когда вдова вела хозяйство.

В отличие от более распространённых фамилий на -ов/-ев (Арсеньев, Арсентьев), которые прямо указывают на отца, Арсенихин сохранил память о материнской линии. Это не ошибка письма и не вариант фамилии Арсеньев, а самостоятельная модель. Встречается она в основном в Кировской области, Пермском крае и Удмуртии. В дореволюционных переписях носителей фамилии фиксировали как государственных крестьян, реже — как мещан. Дворянских корней у Арсенихиных нет: фамилия чисто народная, бытовая.

Спорных версий здесь немного. Иногда пытаются вывести основу от греческого «арсеник» (мышьяк) — но это натяжка; в русской ономастике такое прозвище не зафиксировано, а фамилий от названий ядов практически не бывает. Правдоподобнее всего — именно цепочка «Арсений — Арсениха — Арсенихин», типичная для северных русских фамилий.