Фамилия Бирзина — это женская форма фамилии Бирзин, а та, в свою очередь, относится к группе фамилий, образованных от прозвищ или имен, связанных с деревом «берёза». Основа здесь та же, что и в словах «берёза», «берёзовый», но с характерным чередованием корней: в русских говорах и в некоторых славянских языках (например, в латышском) встречается форма «бирза» или «бирзис» в значении «берёза». Таким образом, предок человека по фамилии Бирзин мог получить прозвище Бирза — либо по месту жительства (у берёзовой рощи), либо по внешним чертам (стройный, светловолосый, как берёза), либо по занятию (заготовка берёсты, изготовление берёзового дёгтя).

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «чей сын?» — Бирзин, то есть сын или потомок Бирзы. Это типичная модель для русских фамилий, распространённая в северных и центральных областях России. Встречаются и однокоренные фамилии — Берёзин, Берёзкин, Берёзко, но Бирзина стоит особняком: она фиксирует именно диалектное или иноязычное произношение корня. В латышской среде фамилия Bērziņš (Берзиньш) — одна из самых частых, и её русская адаптация могла дать форму Бирзин, а затем и Бирзина. Поэтому у фамилии возможна двойная география: русские носители, чьи предки говорили на северных или западных говорах, и потомки латышей или латгальцев, переселившихся в Российскую империю.

В дореволюционных метрических книгах фамилия Бирзина встречается нечасто, но стабильно — в основном на территории Псковской, Смоленской и Витебской губерний, где исторически был смешанный русско-балтский этнический состав. Встречается и вариант Бирзина с ударением на второй слог, что характерно для некоторых западнорусских говоров. Сословно носители фамилии чаще всего были крестьянами или мещанами, но встречались и среди духовенства — в семинарских списках фамилию могли дать по месту рождения (село Берёзовка или деревня Бирзино).