Фамилия Ермилина — это классический пример русской «матронимической» фамилии, образованной от женского имени, хотя в её основе лежит мужское имя. Конкретнее: перед нами притяжательное прилагательное с суффиксом -ин, отвечавшее на вопрос «чей?». Первоначально Ермилина означало «дочь Ермилы» или «жена Ермилы», а затем закрепилось за всем родом.

Спор об исходном имени не случаен. Первая версия возводит фамилию к имени Ермолай (от греческого «вестник народа»). Вторая, более убедительная по данным ономастики, — к имени Ермил. Имя Ермил — редкая русская форма от греческого Гермайос («из гермесова леса», то есть посвящённый Гермесу). В святцах оно встречается реже Ермолая, что и делает фамилию Ермилина более интересной: она указывает на конкретного, не самого распространённого святого или на прозвище по отцу.

Словообразовательная модель проста: основа Ермил- плюс суффикс -ин. Окончание -а указывает на женский род, но в современном русском языке фамилия Ермилина склоняется по падежам как типичное прилагательное (Ермилиной, Ермилину) и не меняет форму в зависимости от пола носителя. В старых документах можно встретить варианты написания через «о» — Ермолин, но форма с «и» более архаична и точнее передаёт исходное звучание имени.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным регионам России, где имя Ермил бытовало в крестьянской среде вплоть до XIX века. Сословно это почти наверняка крестьянская или мещанская фамилия: дворянские роды с такой основой неизвестны. Таким образом, предок носителя фамилии Ермилина — человек по имени Ермил, чьи дети и внуки стали зваться «Ермилины дети», пока это прозвание не превратилось в наследственную фамилию.