Фамилия Гудилкин образована по одной из самых распространённых в русской ономастике моделей — от прозвища через суффикс принадлежности -ин. Основа здесь — «Гудилка». В суффиксе -к- скрывается указание на носителя действия: так называли человека, который «гудит», то есть издаёт низкий протяжный звук, напевает себе под нос или громко разговаривает. В говорах «гудеть» означало не только звучать, но и жужжать, ныть, ворчать. Прозвище Гудилка могли дать тому, кто постоянно что-то бормотал, напевал или просто имел громкий, зычный голос.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с музыкальным инструментом — гудком, старинным русским смычковым инструментом. В этом случае Гудилкой называли музыканта-гудошника, игравшего на гудке. Однако в отличие от фамилий Скрипкин или Балалайкин, где связь с инструментом прямая, «Гудилка» скорее указывает на звук, а не на предмет. Поэтому версия с прозвищем по поведению выглядит правдоподобнее.

В пользу бытового, а не музыкального происхождения говорит и то, что фамилия Гудилкин практически не встречается в документах XVII–XVIII веков у мастеровых людей, связанных с музыкой. Зато в переписных книгах и ревизских сказках центральных и северных губерний — например, в Костромской и Вологодской — изредка фиксировались крестьяне с прозвищем Гудила или Гудок. Суффикс -ин указывает на патроним: «чей сын?» — Гудилкин, то есть потомок Гудилки.

Фамилия редкая, не входит в сотни самых частых русских фамилий, но и уникальной её не назовёшь: однокоренные Гудков, Гудов, Гудимов встречаются чаще. Гудилкин стоит в том же ряду, что и Сопелкин, Свистункин, Бубенкин — все они образованы от прозвищ, данных по характерному звуку, который человек издавал.