Фамилия Филимохина — женская форма от Филимохин, и её разбор стоит начать с суффикса -ин, который в русской ономастике указывает на принадлежность: «чей?» — «Филимохин», то есть сын или потомок человека по прозвищу Филимоха. Основа здесь — Филимох, а это, в свою очередь, уменьшительно-пренебрежительная или обиходная форма от канонического крестильного имени Филимон (от греческого «филема» — поцелуй, любящий, дружелюбный). Такие «усечённые» имена с суффиксом -ох(а) — Филимоха, Тимоха (от Тимофей), Михоха (от Михаил) — были распространены в крестьянской и мещанской среде, где полное имя в быту заменяли коротким и удобным прозвищем.

Мужская основа Филимохин образована по типичной восточнославянской модели: от прозвища Филимоха прибавили притяжательный суффикс -ин. Фамилия закрепилась, когда прозвище перестало быть личным и перешло к детям как родовое имя. Поскольку суффикс -ин характерен для фамилий, возникших в северных и центральных губерниях России (в отличие от южных, где чаще встречается -ов/-ев), можно предположить, что корни Филимохиных — из Владимирской, Костромской, Ярославской или Вологодской областей. В этих местах уменьшительные формы на -оха были особенно живучи.

Географически фамилия Филимохин (и её женская форма) редкая. Она не входит в число массовых русских фамилий, что говорит о локальном происхождении: скорее всего, предки были крестьянами или посадскими людьми из одного-двух сёл, где прозвище Филимоха дали одному человеку, а его потомки разошлись по округе. В современных базах данных носители встречаются в основном в центральной России и Поволжье, но без резкого скопления в каком-то одном регионе.

Словообразовательный спор здесь минимален: все версии сходятся на имени Филимон. Альтернативная гипотеза — от прозвища по роду занятий (например, от диалектного «филимон» — нечто мягкое или вялое) — не выдерживает критики, так как не подтверждается ни одним серьёзным ономастическим словарём. Унбегаун в «Русских фамилиях» прямо относит подобные образования на -охин к разряду патронимических от уменьшительных форм крестильных имён.

Таким образом, Филимохина — фамилия-патроним, которая буквально означает «дочь (или жена) Филимохи», то есть потомка человека по имени Филимон, которого в быту звали Филимоха. Это типичный пример того, как церковное имя в народной среде обрастало уменьшительными вариантами, а те со временем становились фамилиями.