Фамилия Брюхнина — женская форма мужской фамилии Брюхнин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или личного имени Брюхна. В русских говорах слово «брюхно» (или «брюха́н») означало «пузан», «толстяк», «человек с большим животом». Прозвище давали не обязательно в насмешку — в крестьянской среде крепкий, сытый вид нередко считался признаком здоровья и достатка, так что основа могла быть и без отрицательного оттенка.

Модель образования типична для северных и центральных русских земель: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей сын?» — Брюхнин, то есть сын Брюхны). В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще встречаются на юге и востоке, -ин характерен для регионов, где был силён новгородский диалектный пласт. Поэтому географически фамилия Брюхнин (и Брюхнина) тяготеет к бывшим новгородским землям, Вологодчине, Архангельской области, а также к Вятке и Пермскому краю.

Интересная деталь: в некоторых говорах «брюхна» могло означать не просто живот, а «начинку» или «внутренности» — например, так называли фарш для пирогов. В таком случае прозвище мог получить повар или человек, любивший сытно поесть. Вторая версия менее распространена, но не лишена оснований, если учесть, что прозвища часто возникали из бытовых наблюдений.

Сословно фамилия Брюхнин — почти наверняка крестьянская или мещанская. Дворянские роды с таким корнем не фиксируются в родословных книгах, что подтверждает её простонародное происхождение. В дореволюционных переписях носители фамилии встречаются в основном среди государственных и помещичьих крестьян северных губерний.

В написании «Брюхнина» с двумя «н» нет ошибки: это стандартная форма прилагательного женского рода с ударением на втором слоге (Брюхни́на). Мужской вариант — Брюхнин — в современной России встречается реже, чем женский, что объясняется простым демографическим фактом: фамилия не слишком частая, и в выборках чаще попадаются женщины.