Фамилия Арсенина образована от крестильного имени Арсений, которое пришло на Русь из греческого языка и переводится как «мужественный». В основе фамилии лежит не полная форма имени, а его разговорный или уменьшительный вариант — Арсеня. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Арсенина буквально означает «дочь (или жена) Арсени». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от личных имён, оканчивающихся на гласный или на -а/-я.

Интересно, что фамилия сохранила женскую форму окончания, что встречается реже, чем мужская на -ин. В старину Арсениными могли записать вдову или дочь, если хозяйство велось от женского имени, или же саму фамилию закрепили за женщиной в документах. Со временем форма застыла и передавалась по наследству независимо от пола носителя.

Имя Арсений было популярно в среде духовенства, особенно после канонизации преподобного Арсения Великого и святителя Арсения Тверского. Поэтому среди предков Арсениных нередко встречаются выходцы из церковной среды: священники, дьячки или монахи. В крестьянской и купеческой среде имя тоже употребляли, но реже, чаще в уменьшительной форме Арсен или Арсеня.

Географически фамилия Арсенина тяготеет к северным и центральным губерниям России: Архангельской, Вологодской, Костромской, а также к Поволжью. В этих регионах имя Арсений было особенно распространено в XVII–XIX веках. Встречаются и однокоренные фамилии: Арсеньев, Арсенов, Арсентьев — все они восходят к тому же имени, но через разные суффиксальные варианты.

Таким образом, фамилия Арсенина — это отчество в женской форме от имени Арсений. Предком носителей фамилии был человек по имени Арсеня, скорее всего, из духовного сословия или крестьян Русского Севера.