Фамилия Арсентьева образована от просторечной формы крестильного имени Арсений. В основе лежит имя Арсентий, которое на Руси считалось народным, более «своим» вариантом церковного Арсения. Греческое происхождение имени (от «арсен» — мужчина, мужественный) давало его носителю пожелание силы и стойкости. Покровителем имени считается преподобный Арсений Комельский, игумен Троице-Сергиевой лавры, основатель нескольких монастырей на Вологодчине.

Фамилия построена по простой и распространённой модели: к основе Арсенть- добавили суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Арсентьев). Женская форма Арсентьева означает, что носительница — дочь, жена или вдова человека по фамилии Арсентьев. Такое окончание характерно для фамилий, возникших в центральных и северных русских землях, где форма имени Арсентий была особенно употребительна.

Стоит обратить внимание на редкий случай: фамилия могла возникнуть и от прозвища Арсентий, которое в некоторых говорах давали не по имени, а по характеру — «арсентиться» означало упрямиться, капризничать. Эта версия менее вероятна, но не исключена для отдельных ветвей рода.

Таким образом, предки Арсентьевых — скорее всего, крестьяне или посадские люди, носившие имя Арсентий. Фамилия не указывает на знатное происхождение, но сохраняет память о народной форме имени, которая со временем вытеснила церковный вариант в повседневной речи.