Фамилия Филимошин образована от имени Филимоша — просторечной, обиходной формы крестильного имени Филимон. Так на Руси называли сына или потомка человека, которого в быту звали Филимошей: со временем эта форма закрепилась как фамильное прозвание. Имя Филимон пришло из греческого языка и означает «любящий», «ласковый»; в церковном календаре оно связано с апостолом Филимоном, одним из учеников Павла.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Филимошин буквально значит «сын Филимоши». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ, оканчивающихся на -а или -я. Рядом стоят однокоренные фамилии Филимонов, Филимоненков, Филимохин — все они восходят к тому же имени, но через разные уменьшительные формы. Филимошин отличается тем, что сохранил именно ту народную версию имени, которая звучала в живой речи, а не в церковных документах.

Встречается и женский вариант — Филимошина: в русской традиции фамилии не склонялись по роду, а передавались по мужской линии, поэтому у жены и дочери носителя фамилии она оставалась той же. Сама фамилия нередкая, но и не массовая: она распространена в центральных областях России, а также в Поволжье, где имя Филимон было особенно популярно в среде крестьян и мещан.

Правописание фамилии устойчиво: через «и» в первом слоге и с суффиксом -ин, без удвоенных согласных. В дореволюционных метрических книгах можно встретить написание Филимошинъ, что отражает старую орфографию. Иногда путают с фамилией Филимонов, но это разные образования: Филимонов идёт от полной формы имени, а Филимошин — от ласкательной.

Говорить о каком-то едином сословии предков не приходится: фамилия встречалась и у крестьян, и у посадских людей. Прозвище Филимоша могло закрепиться за человеком мягким, добродушным, — ведь уменьшительная форма имени Филимон несла оттенок теплоты и близости.