Фамилия Тотьмянин прямо указывает на город Тотьму в Вологодской области: так в старину называли уроженца этих мест. Вопрос «откуда ты?» тогда звучал как «ты чей?» или «ты откуда родом?», и ответ «тотьмянин» со временем закрепился за человеком и его потомками в качестве родового имени. В основе фамилии лежит не имя и не прозвище, а географическое название, что сразу выделяет её из ряда фамилий, образованных от личных имён или профессий.

Город Тотьма, давший фамилии начало, — один из древних городов Русского Севера. Годом его основания принято считать 1137 год. Само название города имеет финно-угорские корни и ведёт начало от первоначальной формы Тотма (или Тодма). В переводе с языка древних жителей этих мест Тотма означает «низкая болотистая местность». Существуют и другие версии: например, возводят название к древнему дославянскому пермскому слову, которое толкуют как «мокрое место, поросшее елями и кустарниками», а иногда и более поэтично — «город, колдующий воду». Все версии сходятся в одном: имя городу дала вода и болотистая низина, на которой он вырос.

Морфологически фамилия проста: корень «тотьм-» (с беглым гласным), суффикс «-ян-», указывающий на принадлежность к местности, и окончание «-ин». Такая модель типична для северорусских фамилий, образованных от названий жителей: ср. Каргополь — каргополец — Каргополин, Вологда — вологжанин — Вологжанинов. Форма «тотьмянин» — это старое название жителя, которое в современном русском языке вытеснено словом «тотьмич», однако в фамилии сохранилась именно архаичная форма.

Вполне вероятно, что предок Тотьмяниных родился и жил в этом городе или его окрестностях. Фамилия фиксирует не просто факт рождения, а более широкую связь: предок был «свой» для Тотьмы, принадлежал к её общине. В документах XVI–XVII веков, когда фамилии только начинали закрепляться, жителей Русского Севера часто записывали по месту выхода, и такой способ именования был особенно распространён среди посадских людей и крестьян, которые активно осваивали северные земли. Тотьма в те времена была важным торговым и соледобывающим центром, поэтому выходцы из неё встречались далеко за пределами Вологодчины — от Сибири до столичных городов.