Фамилия Филадельфина — редчайший случай в русской ономастике. Она образована напрямую от названия города Филадельфия, но не американского, а библейского. В Новом Завете упоминается один из семи городов Малой Азии, к которому обращено послание Иоанна Богослова. Этот город (современный Алашехир в Турции) и дал фамилию, но не через географическое прозвище вроде «филадельфийский», а через женскую форму имени Филадельф.

Имя Филадельф в переводе с греческого означает «братолюбивый». В святцах оно встречается, хотя и редко, — известно несколько раннехристианских мучеников с таким именем. Женская форма Филадельфина могла появиться в среде духовенства или купечества, тяготевшего к редким, «учёным» именам греческого корня. Фамилия на -ина указывает на принадлежность: «чьих будешь?» — Филадельфиных, то есть потомков женщины по имени Филадельфина.

Словообразовательная модель здесь нестандартна. Обычно фамилии на -ин образуются от основ на -а/-я (Петров — от Пётр, но Петров — от Петра). Здесь же основа имени Филадельфин- (с усечением окончания -а) даёт фамилию Филадельфина, которая совпадает по написанию с самим именем. Это так называемая «застывшая форма» родительного падежа: «Филадельфина» в значении «(дочь, жена) Филадельфины».

В дореволюционных метрических книгах фамилия почти не встречается. Единичные носители фиксируются в южнорусских губерниях, где было сильно греческое влияние, и в среде старообрядцев, любивших архаичные имена. Никакого отношения к городу Филадельфия в США фамилия не имеет — американский топоним появился на три столетия позже распространения христианского имени.