Фамилия Удонин образована от имени или прозвища Удоня. Это уменьшительная форма от древнерусского нецерковного имени Уд, которое встречается в документах XV–XVI веков. Слово «уд» в древнерусском языке означало «член тела», но в переносном смысле — «часть, доля, участь». Имя Уд давали, вероятно, с пожеланием, чтобы ребёнок был частью рода, или по каким-то семейным обстоятельствам, связанным с долей и наследством.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Удонин — «чей?» — сын Удони. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивавшихся на -а или -я. То есть прямой предок носителя фамилии был человеком по прозвищу или имени Удоня.

География фамилии довольно узкая. По данным открытых источников, Удонины чаще всего встречаются в центральных и южных регионах России — в Воронежской, Курской, Липецкой областях. Это наводит на мысль, что фамилия могла закрепиться в среде однодворцев или государственных крестьян, которые селились на южных рубежах Русского государства в XVII–XVIII веках.

Стоит упомянуть и редкую версию: некоторые исследователи связывают основу «уд» с тюркским «уд» — «огонь, пламя». Но для фамилии Удонин эта гипотеза выглядит натянутой: суффикс -ин и уменьшительная форма Удоня явно указывают на славянскую, а не тюркскую словообразовательную модель. Если бы основа была заимствована, мы бы скорее увидели фамилию Удов или Удовин.

Среди однокоренных фамилий — Удов, Удин, Удовкин. Но Удонин стоит особняком благодаря редкому суффиксу -оня, который в русских фамилиях встречается нечасто (сравните с фамилиями Родонин, Ладонин). Это делает её ценной для ономастики: она сохранила живую народную форму имени, почти исчезнувшую из современного русского именослова.