Фамилия Пелагина — редкий случай, когда в основе лежит не крестильное имя, а непосредственно церковное имя святой. Она образована от женского имени Пелагея (в просторечии Пелагия, Палагея), которое восходит к греческому «пелагос» — «море». В святцах это имя связано с несколькими раннехристианскими мученицами, и в народе его часто осмысляли как «морская».

Ключевая особенность фамилии — суффикс -ин. В русской антропонимии фамилии на -ин обычно образуются от основ на -а/-я (Пелагея → Пелагин → Пелагина). Поскольку исходное имя женское, фамилия Пелагина изначально была «матронимом» — то есть указывала не на отца, а на мать. Это редкая модель: в крестьянской среде матронимы давали детям, если мать была вдовой, главой семьи или имела особый статус в общине. Таким образом, предок носительницы фамилии был сыном или дочерью женщины по имени Пелагея, и его в документах записали не по отцу, а по матери.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям — там, где имя Пелагея было особенно распространено среди крестьянок. В северных губерниях (Архангельская, Вологодская) это имя встречалось реже, поэтому и фамилия там почти не фиксируется. В XIX веке Пелагины могли быть как крестьянами, так и мещанами — сословной привязки нет, так как матронимическая модель не была привилегией какого-то одного слоя.

Стоит отличать фамилию Пелагина от фамилии Пелагеин — второй вариант встречается ещё реже и образован от формы Пелагея (с суффиксом -еин, как в фамилии Мареин от Марья). Фамилия Пелагина — более стандартная, с привычным -ин. Встречается также вариант Пелагин (мужская форма), но в женском роде она закрепилась как неизменяемая.

Если говорить о спорных корнях: некоторые любительские этимологии пытаются связать фамилию с греческим «пелагиос» — «открытое море, пелагиаль», но это ложная параллель. Имя Пелагея — единственный и надёжный источник. Никакого прозвищного или профессионального значения у фамилии нет: это чисто антропонимический след женского имени.