Фамилия Лихвонин образована по самой распространённой в русском языке модели — с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — «Лихвонин», то есть сын или потомок Лихвона. Основа здесь нестандартная: в её основе лежит не церковное имя и не профессия, а прозвище Лихвон. Это краткая форма от прозвища или имени Лихван, а тот, в свою очередь, восходит к слову «лихо» — зло, беда, лихая доля, или к прилагательному «лихой» — в старом значении «злой, плохой», но также и «удалой, быстрый, смелый».

Словообразовательная цепочка проста: от «лихо» образовали прозвище Лихван (по аналогии с Болван, Дурман), затем его сократили до Лихвон (как Иван — Ивон). Суффикс -он здесь редкий, нестандартный для полных имён, но типичный для прозвищных форм. Встречается и вариант Лихванов — он образован от полной формы Лихван с суффиксом -ов, но Лихвонин — более архаичный, с акающим произношением (Лихвон вместо Лихван).

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям: Воронежская, Тамбовская, Рязанская губернии. В этих местах слово «лихо» и производные от него в прозвищах были обычны. Предок-Лихвон мог получить прозвище за буйный нрав, за удальство или, наоборот, за то, что приносил неудачу. Второй вариант — прозвище могло быть охранительным: родители нарекали ребёнка «плохим» именем, чтобы обмануть злых духов и отвести от него беду. Такая практика была широко распространена в крестьянской среде.

Спорных версий происхождения у фамилии нет — корень прозрачен, суффикс типичен для русского ономастикона. В отличие от многих фамилий на -ин, которые восходят к именам на -а (Гаврила — Гаврилин), Лихвонин стоит особняком: он происходит от прозвища, а не от канонического имени, и суффикс -он встречается реже, чем -ан или -ах. Это делает фамилию заметной на фоне более частых Лиховидовых или Лихобабиных.