Фамилия Зельгина — это женская форма, а её основа, мужская фамилия Зельгин, образована по самой распространённой в русском языке модели: с помощью притяжательного суффикса -ин. Этот суффикс указывает на принадлежность человеку, прозвище или имя которого заканчивалось на -а или -я. Следовательно, корень здесь — Зельг-.

Самая вероятная версия происхождения корня — от прозвища или неканонического имени Зельга. В русских говорах, особенно северных и сибирских, слово «зельга» или «зелька» означало «поросёнок», «свинья» или, в переносном смысле, «грязнуля», «неряха». Прозвища по внешним признакам или манере поведения были обычной практикой на Руси. Прозвище Зельга мог получить либо человек неопрятного вида, либо, что тоже вероятно, свинопас или тот, кто держал много свиней. В таком случае фамилия отражала род занятий или характерную черту предка.

Менее распространённая, но лингвистически возможная версия связывает фамилию с финно-угорскими корнями. В карельском и вепсском языках есть слово «selgä» — «спина», «хребет». Если учесть, что на Русском Севере (Архангельская, Вологодская области, Карелия) фамилии с основой на -га встречаются часто, то Зельгин могло быть прозвищем человека с широкой спиной или сутулого. Однако связь с русским диалектным «зельга» более прямая и не требует дополнительных объяснений перехода звуков.

Фамилия Зельгин — редкая, она не входит в списки массовых русских фамилий. Её география, скорее всего, ограничена северными и центральными регионами России. Встречается она и в еврейской среде, но там её происхождение, вероятно, другое — от идишского имени Зелг (Целг) или от названия местечка. В любом случае, для русской ветви фамилии наиболее убедительным выглядит объяснение через прозвище, данное по характеру или занятию.