Фамилия Чудилин образована по русской модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — «Чудилин», то есть человек из рода Чудилы. Основа здесь — прозвище или некалендарное имя Чудило. Если отбросить суффикс, остаётся корень чуд-, который в древнерусском языке имел два основных значения: «чудо, диво» и «чужой, иноземец» (от этнонима «чудь» — так славяне называли финно-угорские племена на северо-западе Руси).

Самая прямая версия: Чудило — это человек, который чудит, ведёт себя странно, удивляет окружающих. Прозвища с корнем чуд- фиксируются в русских писцовых книгах с XV века. Например, в новгородских и псковских документах встречаются крестьяне и посадские люди по прозвищу Чудо, Чудин, Чудилка. Фамилия Чудилин, скорее всего, возникла в северных или центральных регионах России, где был активен суффикс -ин и где прозвища часто переходили в фамилии без изменений.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с личным именем Чудин, которое в древности было полноценным славянским именем (не путать с крестильным). Имя Чудин означало «чужак» или «пришелец из племени чудь». В таком случае фамилия Чудилин — это отчество от имени Чудин, а суффикс -ин указывает на сына Чудина. Однако форма Чудилин, а не Чудинов, говорит о том, что основа, скорее всего, оканчивалась на -а: Чудила, а не Чудин. Поэтому версия с прозвищем Чудило выглядит убедительнее.

Фамилия редкая, в списках распространённых русских фамилий не значится. По данным переписей и телефонных справочников, Чудилины компактно живут в Нижегородской, Кировской областях и в Пермском крае — как раз в зоне исторического расселения финно-угорских народов, что косвенно поддерживает версию о связи с этнонимом «чудь». В дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована, так что предки носителя фамилии, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми — теми, кто получил фамилию по уличному прозвищу.