Фамилия Былинин образована от прозвища Былина, и здесь есть два основных объяснения, причём одно из них заметно правдоподобнее другого. Начнём с более убедительной версии. Слово «былина» — это народная эпическая песня, сказание о богатырях и исторических событиях. Былиной в старину могли прозвать хорошего рассказчика, сказителя, который знал много песен и умел их складно подать. Такие люди были желанными гостями в деревнях: послушать бродячего поэта собиралась вся округа. Прозвище Былина, таким образом, указывало на занятие или талант предка — он был народным певцом, хранителем устной истории. Эта версия подкрепляется тем, что фамилии от прозвищ по роду деятельности — одни из самых частых в русской ономастике.

Вторая гипотеза связывает прозвище с другим значением слова «былина» — так в некоторых говорах называли болотный багун, а затем и любую траву, стебли растений. Корень здесь тот же, что и в слове «быльё» (трава). В таком случае Былиной могли прозвать косаря, земледельца или человека, который заготавливал сено. Однако эта версия менее популярна у исследователей: прозвища от названий растений обычно давали по внешнему сходству (например, худощавого человека могли назвать Былиной по аналогии с сухой травой), но приоритет всё же остаётся за «сказительским» значением — оно более яркое и социально значимое для прозвища.

Фамилия Былинин построена по стандартной модели: к основе Былина добавился суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Былины). Такие фамилии типичны для центральных и северных русских областей. Архивные записи это подтверждают. В документах Прокуратуры г. Москвы упоминается Былинин Александр Филиппович, родившийся в 1888 году в Ярославской области. В Книге памяти Самарской области отмечен Былинин Кирилл Иванович (1880 года рождения, Уральская губерния, пос. Киндилинский). А в Книге памяти Калининской области записан Былинин Михаил Иванович (1890 года рождения, деревня Старово Троице-Нерльского района Кимрского округа Московской области). Все эти места — традиционная зона бытования фамилий на -ин, что косвенно подтверждает её древнее происхождение именно в этих краях.