Фамилия Никольшина — редкий пример того, как женская форма закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ин обычно образуются от основ на -а/-я: Никольшин значило бы «сын Никольши», а Никольшина — его жена или вдова. Но в современном бытовании эта фамилия чаще всего не склоняется по полу, а существует именно в женском варианте, что указывает на её возможное происхождение от прозвища или имени, которое уже содержало суффикс -ш-.

Основа фамилии — имя Никольша. Это народная, разговорная форма канонического имени Николай (от греческого «николаос» — победитель народов). В русских говорах уменьшительные имена часто образовывали с помощью суффикса -ш-: Миша, Паша, Гриша, а от Николая получалось Никольша. Такая форма могла бытовать в крестьянской среде, особенно в северных и центральных губерниях, где имя Николай было одним из самых распространённых.

Словообразовательная модель здесь нестандартна: суффикс -ин присоединён не к основе Никольш-, а сразу к имени Никольша, что даёт прямое указание на родство. Обычно фамилии на -ин означают принадлежность: «чей?» — Никольшин. Но Никольшина как женская форма могла закрепиться в документах, если женщина была главой семьи, вдовой или если запись делали по матери. В некоторых регионах, особенно на Русском Севере, такие «матронимы» встречались чаще, чем в центральной России.

Географически фамилия редкая. По данным современных баз, Никольшины встречаются в основном в Волго-Вятском регионе и в Пермском крае. Это косвенно подтверждает северное происхождение: именно там сохранялись архаичные формы имён и фамилий. Встречается также вариант Никольшин, но Никольшина — не ошибка написания, а самостоятельная форма, которая могла возникнуть при переписи населения, когда женщину записывали без приведения к мужской основе.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Никольский, Никулин, Николаев, — то Никольшина стоит особняком. Она не от фамилии священника (как Никольский) и не от полной формы имени (как Николаев), а от простонародного, уменьшительного прозвища. Предки носительницы этой фамилии, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками, которых в быту звали Никольша — ласково или по-свойски, без официального отчества.