Фамилия Песнина — редкий случай, когда основа ясна, а модель образования вызывает вопросы. В основе, скорее всего, лежит слово «песнь» или «песня». Однако фамилия образована не с помощью самого распространённого суффикса -ин (который дал бы Песнин), а с суффиксом -ин, присоединённым к основе, оканчивающейся на -а. Получается Песн-ин-а. Такая модель характерна для украинских, белорусских и южнорусских фамилий, где окончание -а удерживается и в фамилии, указывая на женскую форму или на прозвище, которое уже имело окончание -а: Песня → Песнина. То есть первый носитель был не Песнин, а Песня.

Прозвище Песня могли дать певчему, весельчаку или, наоборот, человеку с необычным, «певучим» говором. В говорах слово «песня» могло означать и скомороха, бродячего музыканта. Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным «песнина» (что-то песчаное, от «песок»), но она спорна, так как ударение в фамилии обычно падает на второй слог, а в слове «песнина» — на первый.

Географически фамилия тяготеет к западу и югу России, а также к Беларуси, где суффикс -ин-а в фамилиях встречается чаще, чем в северных регионах. Встречаются варианты написания Песнин и Песнины, но форма Песнина в женском роде закрепилась как основная, хотя исторически она могла быть просто «жена Песни».

С точки зрения социального контекста, фамилия недворянская, скорее крестьянская или мещанская, образованная от личного прозвища, а не от имени или профессии в её прямом, «официальном» смысле. Носитель фамилии Песнина, скорее всего, потомок человека, которого в деревне знали по голосу или характеру, а не по ремеслу.