Фамилия Протвинь — редкая и нестандартная по своему окончанию. В русском языке фамилии, оканчивающиеся на мягкий согласный с нулевым окончанием (как Протвинь, Гоголь, Рубань), встречаются значительно реже, чем массовые на -ов/-ев или -ин. Сама основа — Протв- — сразу наводит на мысль о подмосковном городе Протвино, но связь здесь не прямая, а скорее этимологическая.

Скорее всего, в основе фамилии лежит не название города (который получил имя от реки), а древнее русское прозвище или некалендарное имя Протва. Слово «протва» в диалектах имело значение «противень, соперник, спорщик» или же «упрямец». Человек, получивший такое прозвище, мог отличаться неуступчивым характером, любить перечить или состязаться. Фамилия Протвинь образовалась по модели притяжательных прилагательных: чей? — Протвин, но под влиянием народного произношения или особенностей местного говора конечное -ин перешло в мягкое -инь. В некоторых говорах, особенно на севере и северо-востоке, фамилии на -инь (Соломинь, Горинь) фиксируются как вариант написания и произношения.

Есть и другая, менее вероятная версия: связь с рекой Протвой, притоком Оки. В этом случае фамилия могла означать «живущий на Протве», то есть быть топонимической, но тогда ожидалась бы форма Протвин или Протвенский. Форма Протвинь скорее указывает на прозвищное происхождение. В любом случае, носитель фамилии Протвинь может считать себя потомком человека с характером — упрямого, настойчивого или любящего поспорить.