Фамилия Гилькин образована по самой распространённой в русской ономастике модели — от личного имени или прозвища с помощью суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Гилькин, то есть сын или потомок Гильки. Основа здесь — Гилька. Это либо уменьшительная форма канонического имени, либо прозвище.

Самый прямой путь — к крестильному имени Гил (Гилий, Гилл), которое встречается в святцах, но редко. В народной среде такие имена часто сокращали до ласкательных форм: Гил → Гилька. Однако версия с прозвищем не менее правдоподобна. В русских говорах, особенно северных и сибирских, «гилька» — это не только мелкая рыбёшка (тюлька, килька), но и вообще что-то мелкое, незначительное. Прозвище Гилька могли дать человеку невысокого роста или щуплому телосложению — по аналогии с мелкой рыбёшкой.

Версия с еврейским корнем (от имени Гилель) возможна, но менее вероятна для фамилии с русским суффиксом -ин. Такие фамилии у евреев встречаются, но обычно в западных губерниях, где была распространена модель на -ин. Для основной массы носителей фамилии Гилькин — русских — исходным словом было именно прозвище или уменьшительное имя.

Географически фамилия рассеяна, но чаще встречается в центральных и северных областях России, а также в Поволжье. Встречаются варианты написания ГилькИн и реже ГилькОв (с другим суффиксом). В словаре Веселовского «Ономастикон» упоминания Гилькиных нет, что говорит о позднем оформлении фамилии — скорее всего, в XVIII–XIX веках. Предок мог быть крестьянином или мещанином, получившим фамилию по уличному прозвищу.