Фамилия Арсенины (в мужском роде — Арсенин) образована от имени Арсений, а точнее от его просторечной, бытовой формы — Арсеня. Имя это каноническое, церковное, греческого происхождения, означает «мужественный». Русские люди, носившие имя Арсеня, дали начало фамилии с помощью типичного патронимического суффикса -ин: «чей?» — Арсенин, то есть сын или потомок Арсени.

Суффикс -ин в русских фамилиях обычно присоединяли к основам, оканчивающимся на -а или -я. Арсеня как раз подходит под эту модель, в отличие от фамилий на -ов (Арсеньев), которые образовывались от полной формы имени Арсений. Обе эти фамилии — родственные, но Арсенины возникли именно от уменьшительного или обиходного варианта. В старых документах, например, в писцовых книгах, можно встретить крестьян и посадских людей, записанных как Арсеня, что подтверждает широкое хождение этой формы в XV–XVII веках.

Географически фамилия Арсенин не привязана к одной области, но чаще встречается в центральных и северных регионах России, где именослов дольше сохранял архаичные формы. О точном месте и времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс её закрепления шёл постепенно, и разные ветви рода могли получить фамилию независимо друг от друга в разных уездах. Тем не менее, Арсенины — это живой след древнерусской антропонимии, где личное имя, пройдя через разговорную переработку, закрепилось в родовом прозвании.