Фамилия Каптилкин — редкий случай, когда прозвище или ремесло не лежат на поверхности. Первое, что бросается в глаза, — суффикс -ин, а не -ов. Это указывает на модель образования от существительного на -а или -я, то есть от слова «каптилка». В русской ономастике фамилии на -ин типичны для северных и центральных регионов, но не исключают и южнорусского бытования.

Самое правдоподобное объяснение корня — от глагола «каптить» или «коптить». В диалектах «каптилка» — это не только коптильня для рыбы или мяса, но и небольшая лампада, коптилка, дававшая скудный свет. В крестьянском и мещанском быту XIX века коптилки использовали повсеместно. Прозвище Каптилка мог получить либо тот, кто делал такие светильники, либо человек, работавший на коптильне, либо — с иронией — обладатель невысокого роста, «коптитель неба», лентяй, который только «коптит» воздух.

Вторая, менее распространённая версия, — связь с диалектным словом «каптюшка» (шапка, капюшон). В некоторых говорах «каптилка» — это головной убор или накидка. Тогда фамилия могла закрепиться за портным или торговцем шапками. Но эта гипотеза слабее: глагольная основа «капти-» встречается в фамилиях чаще, чем предметная.

Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская. Её географическая привязка размыта: встречается в Воронежской, Курской, Тамбовской областях, а также среди старообрядцев Сибири. Ударение в фамилии — на второй слог: Капти́лкин, что характерно для слов с суффиксом -илк-.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Каптев, Каптилов, Каптин — показывает, что Каптилкин стоит особняком: суффикс -илк- редок и создаёт уменьшительно-пренебрежительный оттенок. Так что предок носителя фамилии, вероятно, был либо мастером по коптильным печам, либо человеком с негромкой, но заметной бытовой деталью в прозвище — коптилкой.