Фамилия Довбилкин — редкий пример русской фамилии, образованной от украинского или белорусского корня. В её основе лежит слово «довбилка» — так на юго-западе Российской империи называли деревянную колотушку, молоток или ручной инструмент для дробления, толчения. В некоторых говорах «довбилкой» именовали и самого работника, который постоянно стучал, долбил — например, камнедробильщика или бондаря.

Словообразовательная модель здесь прозрачная: основа «довбилк-» плюс суффикс -ин, указывающий на принадлежность. Фамилии на -ин традиционно давали по отцу или по прозвищу: Довбилкин буквально означал «сын Довбилки». Суффикс -к- в исходном прозвище (Довбилка) типичен для украинской и белорусской антропонимии: он придаёт слову уменьшительно-бытовой оттенок, но не ласкательный, а скорее пренебрежительно-фамильярный — так могли назвать человека за манеру стучать, долбить одно и то же, за монотонную работу.

Интересно, что фамилия не получила распространения в центральных великорусских губерниях. Её ареал — южные и юго-западные регионы: Курская, Воронежская, Харьковская губернии, а также земли современной Беларуси. Это указывает на то, что предок носителя фамилии был выходцем с Украины или из Беларуси, который затем перебрался в русскоязычную среду, где его прозвище переоформили по русскому образцу — с суффиксом -ин вместо украинского -енко.

В словаре Б. О. Унбегауна «Русские фамилии» подобные примеры разбираются как результат межславянского контакта: украинская основа плюс русский патронимический суффикс. Прямых параллелей у Довбилкина немного, но можно вспомнить фамилии Долбилкин, Долбёжкин — они тоже от «долбить», хотя там корень чисто русский. Довбилкин же сохраняет южнославянское звучание: «довб-» вместо «долб-».

Версия о происхождении от личного имени Довбыш (человек, играющий на литаврах — довбыше) менее вероятна: суффикс -илк- указывает на орудие или деятеля по действию, а не на музыкальный инструмент. Так что, скорее всего, первый Довбилкин был не музыкантом, а мастеровым — плотником, камнетёсом или просто человеком с тяжёлой рукой, за что и получил своё прозвище.