Фамилия Арсьонова — редкий пример, где написание почти полностью скрывает исходное слово. На слух она воспринимается как образованная от имени или прозвища Арсьон, но такого имени в русских святцах нет. Дело в том, что начальное «а» здесь, скорее всего, не корневое, а безударный вариант предлога или приставки, слившейся с основой. Самый вероятный источник — фамилия Орсьонов или Арсанов, где произошло так называемое «аканье»: в говорах, где «о» без ударения произносят как «а», на письме закрепился вариант с «а». Исходная же основа могла восходить к тюркскому имени Арсан (вариант Арслан — «лев») или к русскому диалектному слову «арсюк» — так в некоторых областях называли упрямого, своенравного человека.

Суффикс -ов- указывает на стандартную русскую патронимическую модель: фамилия образована от имени или прозвища отца. Мужской вариант — Арсьонов, женский — Арсьонова. Окончание -а — типичный показатель принадлежности к женскому роду, но сама фамилия в русской традиции не склоняется по родам, а меняет окончание в зависимости от пола носителя.

География фамилии узкая. По данным открытых источников и телефонных справочников, основная масса носителей сосредоточена в Поволжье — в Самарской, Саратовской областях и в Татарстане. Это косвенно подтверждает версию о тюркском следе: в этих краях смешение русских и тюркских именных традиций давало такие необычные формы. Вторая, менее вероятная версия — связь с греческим именем Арсений через его просторечную форму Арсён. Если фамилия образовалась от Арсёнов, то под влиянием местного говора «ё» могло перейти в «ьо», а затем и в «а»: Арсьонов > Арсьонова. Но эта цепочка сложнее и требует, чтобы фамилия бытовала в среде, где греческие имена были распространены (например, среди духовенства или купечества). Доказательств этому нет.

В целом, фамилия Арсьонова — яркий пример того, как живая речь, диалектное произношение и случайность при записи в документах создают форму, которую не разложить по стандартному словарю. Предки носительницы этой фамилии с большой вероятностью были крестьянами или мещанами из районов с акающими говорами, а прозвище их родоначальника могло означать либо «льва» (в тюркской традиции), либо «упрямца» (в русской).