Фамилия Брилинская — это женская форма фамилии Брилинский, и её происхождение почти наверняка связано с географическим названием. В русской ономастике суффикс -ский/-ской традиционно указывает на дворянское или шляхетское происхождение, но на практике такую фамилию мог получить и выходец из духовенства, и переселенец, записанный по месту прежнего жительства. Основа «Брилин-» скорее всего восходит к названию населённого пункта — села, деревни или усадьбы Брилино, Брилин или Брилинск. Такие топонимы встречаются в разных регионах бывшей Речи Посполитой и Российской империи, особенно на территории современной Беларуси и западных областей России.

Само слово «брила» в белорусском и украинском языках означает «глыба», «ком земли» или «большой кусок». Отсюда могло возникнуть прозвище Брила — так называли грузного, плотного человека или, в переносном смысле, упрямца. Если предок получил прозвище Брила, то его потомки стали бы Брилинскими по той же модели, что и Дубровский от Дубрава или Горский от Гора. Однако для фамилий на -ский первичным почти всегда оказывается именно топоним: сначала возникло название места (Брилино), а затем фамилия его владельца или жителя.

Менее вероятна, но не исключена версия о происхождении от личного имени Брилин — уменьшительной формы от редкого крестильного имени Абрил или от польского Beryl (берилл, драгоценный камень). В польской ономастике фамилия Bryliński известна с XVI века и фиксируется в шляхетских гербовниках. В русском контексте фамилия Брилинский могла появиться у потомков польских дворян, перешедших на русскую службу, или у крестьян, получивших фамилию при переписи по названию деревни.

Написание через «и» (Брилинская, а не Брылинская) указывает на восточнославянскую адаптацию: в русском языке после шипящих и твёрдых согласных «ы» переходит в «и», поэтому исходное польское Bryliński превратилось в Брилинский. Встречается и вариант Бриленская — он может отражать местное произношение или ошибку писаря. Носительницы фамилии Брилинская сегодня живут преимущественно в России (Москва, Санкт-Петербург, Смоленская область) и в Беларуси, что подтверждает её западное происхождение.