Фамилия Чильчинов — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней сразу бросается в глаза суффикс -ин, который в русских фамилиях обычно указывает на принадлежность к предку, названному по имени, прозвищу или профессии, оканчивающемуся на -а или -я. Но основа «Чильчин» нестандартна, и её разбор требует обращения к диалектам и тюркским заимствованиям.

Вероятнее всего, в основе лежит тюркское слово «чиль» или «чил», которое в ряде тюркских языков (например, в казахском, татарском) означает «сорок» или «степь», а также используется в именах собственных. Форма «Чильчин» могла быть прозвищем человека, имевшего отношение к числу сорок (например, главаря отряда из сорока воинов) или же выходца из местности, называемой «Чиль» (степной район). Суффикс -чин в прозвище характерен для тюркских языков и часто обозначает принадлежность к роду или занятию: «чильчи» — «степняк», «человек из степи». Русское окончание -ов (вместо ожидаемого -ев) закрепилось при адаптации фамилии в русской среде, так как основа заканчивается на твёрдый согласный.

Менее вероятна, но возможна связь с русским диалектным словом «чиль» — так в некоторых говорах называли мелкую рыбёшку или, реже, жердь для сушки сетей. В таком случае «Чильчин» — прозвище рыбака или человека, изготавливавшего рыболовные снасти. Однако тюркская версия выглядит убедительнее из-за характерной модели словообразования, не свойственной чисто русским прозвищам.

Фамилия почти не встречается за пределами южнорусских и поволжских регионов, где исторически был силён тюркский субстрат. В дореволюционных источниках носители Чильчиновы фиксировались в основном среди крестьян и мещан Астраханской и Саратовской губерний, что косвенно подтверждает связь со степными народами. Сословная принадлежность предков — скорее всего, однодворцы или государственные крестьяне, так как фамилия не попала в дворянские родословные книги.

Поскольку фамилия очень редкая, её носители, вероятно, происходят из одного локального рода, расселившегося из небольшого села или станицы. В современной России Чильчиновых насчитывается, по разным данным, не более нескольких сотен человек.