Фамилия Дыхнилкина — женская форма фамилии Дыхнилкин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Дыхнилка, которое образовано от глагола «дыхнуть» с помощью характерного для русских прозвищ уменьшительно-ласкательного суффикса -к(а). Такие имена давали не по внешности или профессии, а по поведению или привычке: Дыхнилкой могли назвать человека с тяжёлым, шумным дыханием, того, кто часто и громко вздыхал, либо, наоборот, того, кто «дыхнул» в прямом смысле — дунул, дохнул на что-то. В русских говорах слово «дыхнуть» имело и переносные значения: «отдохнуть, перевести дух» или «умереть, испустить дух». Второе значение маловероятно для прозвища, а вот первое — вполне: Дыхнилкой могли прозвать медлительного работника, который постоянно останавливался передохнуть.

Фамилия редкая, с ярко выраженной словообразовательной моделью. Суффикс -ин указывает на принадлежность: Дыхнилкин — «сын Дыхнилки». Если бы основа была на -о, мы получили бы Дыхнилков, но здесь финаль -а, поэтому закономерно -ин. По происхождению это типичная фамилия из северных и центральных регионов России, где такие прозвищные формы были особенно распространены в крестьянской среде. В боярских и дворянских родах подобные «дышащие» прозвища не встречаются — это стопроцентно фамилия простого сословия, скорее всего, крестьянского или посадского.

Однокоренные фамилии — Дыхнов, Дыханов, Дыхнилов — встречаются чаще, но Дыхнилкина стоит особняком из-за двойного суффикса (-ил- + -к-). Такая цепочка говорит о том, что исходное прозвище было не Дыхнил, а именно Дыхнилка, то есть имя дали в уменьшительной форме, возможно, ребёнку или человеку невысокого роста. В ономастических словарях Б. Унбегауна и В. Никонова фамилия не фиксируется, что подтверждает её редкость и локальный характер. Скорее всего, она бытовала в одной-двух деревнях и не разошлась широко.

Написание с буквой «ы» после «д» — орфографически правильное: корень «дых-» пишется через «ы» (ср. «дышать», «дыханье»), а не через «и». Вариант «Дихнилкина» был бы ошибочным. Фамилия не переводится на другие языки, так как привязана к русской глагольной основе, но при записи латиницей обычно передаётся как Dykhnilkina.