Фамилию Сосмин чаще всего выводят из прозвища Сосма — так в северных говорах называли человека с нечёсаными, торчащими в стороны волосами, похожими на сосновые иголки. Слово «сосма» родственно диалектному «сосонка» — молодая сосна, и в переносном значении могло относиться к неопрятному или лохматому человеку. Модель образования простая: основа Сосм- плюс притяжательный суффикс -ин, то есть буквально «сын или потомок Сосмы». Суффикс -ин характерен для фамилий, образованных от слов мужского рода на -а: Сосма → Сосмин, как Кузьма → Кузьмин или Фома → Фомин.

Есть и другая, менее вероятная версия — от канонического имени Сосма, которое могло быть народной формой греческого имени Созонт (спасающий). В этом случае фамилия оказывается в ряду «полуимен» на -ин, образованных от сокращённой обиходной формы. Но гипотеза эта слабая: имя Сосма в святцах не встречается, а диалектное прозвищное значение «сосма» надёжно зафиксировано в северорусских говорах.

Географически фамилия тяготеет к Русскому Северу. Наибольшая концентрация носителей — в Архангельской области, особенно в бывшем Шенкурском уезде, а также в соседней Вологодчине. Выходит, предки Сосминых — скорее всего, крестьяне или посадские люди Поморья, получившие фамилию от уличного прозвища за внешность или манеру одеваться. В XIX веке фамилия встречалась и среди духовенства, но это единичные случаи, а не массовое явление.

Словообразовательно фамилия проста, но интересна редкой основой. Однокоренных фамилий в русском ономастиконе почти нет — разве что Соснов, Соснин, но у них совсем другая семантика: от сосны как дерева. Сосмин же стоит особняком и прямо указывает на прозвище, а не на дерево.