Фамилия Матрехина — женская форма фамилии Матрехин. Её основа напрямую связана с просторечной формой имени Матрёна — Матрёха. В русском именослове имя Матрёна (от латинского matrona — «знатная женщина», «мать семейства») было очень распространено в крестьянской среде, особенно в XIX веке. Уменьшительно-уничижительный суффикс -ех- (как в Варвара → Варюха, Дарья → Дарёха) придавал имени бытовой, разговорный оттенок.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Матрехин буквально означал «чей?» — «сын или потомок Матрёхи». Такая модель образования типична для русских фамилий от женских имён, что встречается реже, чем от мужских, но не является редкостью: вдовы, матери-одиночки или женщины, игравшие главную роль в семье, могли дать прозвище детям.

Географически фамилия Матрехин/Матрехина тяготеет к северным и центральным областям России — Архангельской, Вологодской, Костромской, Нижегородской. В этих регионах имя Матрёна и его производные были особенно популярны, а суффикс -ех- (вместо более привычного -ох- или -уш-) фиксируется в местных говорах. Встречается и вариант Матрёхин с ударением на ё, но в письменных источниках XIX века букву «ё» часто опускали, поэтому написание «Матрехин» не обязательно указывает на произношение с «е».

Спорных версий у фамилии почти нет: корень прозрачен. Иногда пытаются связать её с диалектным словом «матрёха» — так в некоторых говорах называли неуклюжую, полную женщину, но это вторичное значение, возникшее уже от имени. Основная и наиболее достоверная версия — от имени Матрёна. Таким образом, предки носительницы фамилии Матрехина с высокой вероятностью были крестьянами или горожанами из северных или центральных губерний, а сама фамилия — не редкость, но и не массовая, сохранившая живую связь с народным именем.