Фамилия Папанина образована от имени Папаня — народной, ласковой формы крестильного имени Павел. В русской традиции имя Павел (от латинского paulus — «малый») давало множество уменьшительных вариантов: Паша, Павлуша, Пашата, а в южных и западных говорах — Папаня. Такая форма с удвоением слога «па» характерна для детской речи и диалектов: Папаня — это «папа» в уменьшительно-ласкательном значении, но применительно к человеку по имени Павел. Фамилия Папанин, таким образом, значит «сын Папани» или «потомок Павла», а суффикс -ин указывает на принадлежность: чей? — Папанин.

Встречаются и другие объяснения. В некоторых говорах «папаня» — это «отец» или «батюшка» (от «папа»). Тогда фамилия могла закрепиться за человеком, которого в семье или в селе называли почтительно «папаня» — как старшего, главу рода. Но это более редкий вариант: прозвища по родству обычно давали не самому носителю, а его детям («Папанин» — «чей сын?»), и в таком случае основа скорее указывает на отца, а не на самого человека.

Географически фамилия Папанин распространена в центральных и южных областях России, особенно в Воронежской, Ростовской и Волгоградской областях. Это неудивительно: именно в южнорусских говорах форма «Папаня» была обычной. На севере и в Сибири фамилия встречается реже — там преобладали варианты Павлов, Пашин, Павлухин.

Самый известный носитель — Иван Дмитриевич Папанин (1894–1986), полярник, дважды Герой Советского Союза. Его фамилия стала нарицательной: «папанинцы» — участники дрейфующей станции «Северный полюс-1». Но стоит помнить, что фамилия Папанина — женская форма, а мужская — Папанин. В разговорной речи путаница редка, но в документах важно различать: Папанина — это жена или дочь Папанина.