Фамилия Ботвинина — женская форма от Ботвинин, и её основа неожиданно прозрачна, хотя и ведёт в сторону от привычных имён. В отличие от множества фамилий на -ин, образованных от крестильных имён (Иван — Иванов — Иванин), здесь корень — нарицательное слово «ботва». Так в русских говорах называли стебли и листья огородных растений, чаще всего свёклы, моркови или репы. Прозвище Ботва или Ботвина могли дать человеку по нескольким причинам: либо за любовь к огородничеству и зелени, либо, что вероятнее, за худобу и долговязость — «ботать» в диалектах значило «быть высоким и тонким», а «ботвина» — то же, что «верзила». В словаре В. И. Даля «ботвиный» — длинный, тонкий, вялый. Таким образом, предок Ботвининых с большой долей вероятности был высоким и сухощавым человеком, и это внешнее качество закрепилось за ним в виде уличного прозвища.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «чей сын?» — Ботвинин, то есть сын Ботвины. Такая модель типична для северных и центральных областей России, где -ин доминировал над -ов в фамилиях от основ на -а. Интересно, что фамилия Ботвинин нередко встречается в старых документах по Вологодчине и Архангельской губернии — регионах, где огородничество было развито слабее, чем в черноземье, зато прозвища по внешности давали охотно. Встречается и вариант Ботвин, без суффикса, но он значительно реже; Ботвинина — форма, закрепившаяся в женском роде, как это принято в русской традиции.

Родственных фамилий немного, и они хорошо очерчивают круг значений: Ботвинкин, Ботвинников (от «ботвинник» — любитель ботвы или огородник), а также Ботнев — от того же корня, но с другим суффиксальным оформлением. Все они восходят к одному диалектному гнезду, и ни одна из этих фамилий не связана с блюдом «ботвинья» (холодный суп на квасе), вопреки возможному кулинарному соблазну. Блюдо названо по тому же корню, но прозвище человека от еды давали редко — обычно по занятию или внешности, а не по рецепту.

Географически фамилия Ботвинина не массовая, но устойчивая: её можно встретить в Переславле-Залесском, в бывших владениях Ростово-Суздальской земли, а также в Сибири, куда переселенцы увозили прозвища с собой. Сословного барьера не было — прозвище Ботва могли дать и крестьянину, и посадскому, и даже мелкому служилому человеку, если он выделялся ростом. В списках XVII века встречаются Ботвины среди стрельцов и казаков, что подтверждает: фамилия не была унизительной, а просто метила человека, как и тысячи других «растительных» прозвищ.