Фамилия Чилихина — женская форма фамилии Чилихин, и её происхождение напрямую связано с мужской основой. Чилихин — это типичная «фамилия-прозвище», образованная по модели отчества с суффиксом -ин, который в русской ономастике указывает на принадлежность: «чей?» — Чилихин, то есть сын (или потомок) Чилихи.

Корень фамилии — «Чилих». В русских говорах слово «чилих» или «чилик» имело несколько значений. Самое вероятное — это прозвище человека, связанное с птицей: в диалектах «чиликать» означает издавать резкие, тонкие звуки, как у мелких пташек. Чилихой могли назвать говорливого, суетливого или маленького ростом человека. В некоторых областях «чилих» — это и сама птица, например, чиж или овсянка. Таким образом, прозвище могло закрепиться за тем, кто напоминал повадками или внешностью эту птицу.

Менее распространённая, но возможная версия — связь с тюркскими корнями. В тюркских языках есть слово «чилик» (или «челик»), означающее «цепь» или «оковы». В этом случае прозвище могло относиться к кузнецу, человеку, работавшему с металлом, или, в переносном смысле, к упрямому, «скованному» характеру. Однако для фамилии Чилихин, которая бытует преимущественно в центральных и южных регионах России, птичья версия выглядит более естественной и укладывается в общую картину русских прозвищ от названий животных и птиц.

С точки зрения словообразования, фамилия Чилихин — довольно редкая. Суффикс -ин здесь присоединяется не к имени (как в фамилиях Иванов, Петров), а к прозвищу, оканчивающемуся на -х. Такие формы (Бобылёв от Бобыль, Козлов от Козёл) встречаются, но не так часто, как основы на -а или -о. Это делает фамилию заметной на фоне более распространённых патронимических моделей.

Социально фамилия Чилихин, скорее всего, сформировалась в крестьянской или посадской среде. Прозвища давали не по знатности, а по заметным чертам, и закреплялись они в тех краях, где человек жил. Географически фамилия встречается в Воронежской, Ростовской областях и на юге России, что косвенно подтверждает её русское диалектное происхождение. Никаких сведений о дворянских корнях или известных исторических носителях нет — это фамилия простого человека, которого когда-то прозвали за его голос или повадки.