Фамилия Остронина образована от прозвища или нецерковного имени Остроня. В русской антропонимии суффикс -оня (-уня, -аня) придаёт основе ласкательный или уменьшительный оттенок. Такие имена были распространены в быту: Остроня, Хитруня, Сладконя. Основа здесь — «острой», то есть «острый». Скорее всего, прозвище Остроня дали человеку с острым языком, проницательным умом или даже с острым зрением. В словаре древнерусских личных имён встречаются аналогичные прозвища, указывающие на характер, а не на внешность.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Остронин сын, то есть потомок Острони. Такая модель типична для северных и центральных областей России, где фамилии на -ин так же часты, как на -ов. Параллельные варианты — Остронов, Остронский — встречаются реже, но подтверждают, что корень «остр-» был продуктивным. Возможно, фамилия возникла в новгородских или псковских землях, где любили прозвища, подчёркивающие личные качества.

Не стоит путать Остронину с фамилией Остроухов или Островский — у них другая словообразовательная история. В Острониной нет географической привязки к «острову» или указания на часть тела, как в Остроносове. Это чисто прозвищная фамилия, и её носители, вероятно, происходили от одного человека, которого в округе знали как Остроню — за словоохотливость или остроту ума. Сведений о дворянском происхождении фамилии нет, она бытовала в основном среди крестьян и мещан.