Фамилия Двинин образована от прозвища, которое, скорее всего, дали человеку по месту его прежнего жительства. В основе лежит гидроним Двина — название двух крупных рек: Северной Двины и Западной Двины. Предок, переселившийся с берегов одной из них, мог получить прозвище Двина, а его дети стали Двиниными. Такая модель — именование по реке или местности — типична для русских фамилий, особенно в северных и центральных регионах.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — «Двинин», то есть сын или потомок человека по прозвищу Двина. Это один из самых распространённых патронимических суффиксов в русской ономастике.

Существует и другая, менее вероятная версия: связь с армянским городом Двин (Двина). В IV–XIII веках это был крупный ремесленно-торговый центр, столица Армении при персидских правителях. Если предок был выходцем оттуда, прозвище могло указывать на его происхождение или род занятий — торговца или ремесленника. Однако эта гипотеза слабее: географически и культурно Армения далека от основного ареала бытования фамилии, и массовых переселений оттуда в русские земли в период формирования фамилий не зафиксировано.

Точное время и место возникновения фамилии Двинин установить сложно. Фамилии такого типа складывались в XV–XVII веках, когда крестьяне и посадские люди получали прозвища по рекам, озёрам и городам. Встречается она преимущественно на Русском Севере и в Поволжье, что косвенно подтверждает связь с Северной Двиной.