Фамилия Двинянинов образована по модели «топоним + суффикс -янин + фамильный суффикс -ов». Человека, жившего на берегу какой-либо Двины, в древнерусских говорах называли двинянином. Потомка этого двинянина записывали уже как Двинянинова.

Речь идёт о двух разных реках: Северной Двине и Западной Двине. Обе были важными торговыми путями и имели густонаселённые берега, поэтому прозвище «двинянин» могло возникнуть независимо в разных регионах. Северная Двина связывала центральную Русь с Белым морем и Архангельском, Западная Двина (Даугава) — с Балтикой. Выходец из тех мест, переселившись в другую волость, легко получал прозвище по прежнему месту жительства.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» разбираются фамилии, образованные от названий рек с помощью суффикса -янин, и Двинянинов — один из характерных примеров такой модели. Суффикс -янин в русском языке традиционно обозначал жителя определённой местности (рижанин, пермянин, двинянин), а затем это название закреплялось за родом.

В интернете иногда встречается версия, связывающая фамилию с армянским городом Двин — крупным ремесленным и торговым центром IV–XIII веков. Эта гипотеза маловероятна: в русской ономастике нет устойчивой традиции образовывать фамилии от названий закавказских городов через суффикс -янин, а само название города Двин в русских источниках не давало производного «двинянин». Кроме того, для армянского Двина характерна фамилия Двинский (по модели на -ский), а не Двинянинов.

Таким образом, фамилия Двинянинов — классический пример «речного» прозвища. Родоначальник, скорее всего, был крестьянином, посадским человеком или купцом, который перебрался с берегов Северной или Западной Двины в более южные или центральные области России, где его и записали по месту прежнего жительства.