Фамилия Хилинцева — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано с конкретным местным диалектным словом. В отличие от множества фамилий, образованных от крестильных имён или распространённых профессий, эта имеет узкую географическую и лексическую привязку.

Корень «хил-» в русских говорах означает «слабый, худой, болезненный». От него образовано слово «хиляк» — хилый, тщедушный человек. Однако суффикс «-инц-» подсказывает, что исходное прозвище звучало как «Хилинец» или «Хиленец». Так могли называть выходца из местности с названием Хилино, Хилёнки или Хильцы — такие деревни встречаются в центральных и северных областях России. Но более вероятно, что «Хилинец» — это прозвище человека, который был родом откуда-то, где жили «хилые» люди, либо самого физически слабого человека, которого закрепили за определённой местностью: «хилинец» — житель урочища Хилое.

Вторая версия, менее правдоподобная, связывает фамилию с глаголом «хилить» — в некоторых говорах это «гнуть, клонить, наклонять». Тогда «Хилинец» могло быть прозвищем сгорбленного, сутулого человека. Но в ономастике чаще фиксируется именно первый, «болезненный» смысл.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов-: Хилинцев. Форма Хилинцева — женская или родительный падеж (например, «дом Хилинцевой»). Фамилия редкая, не встречается в списках дворянских родов, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение. Носители её, скорее всего, из северных или центральных губерний России — там, где диалектное слово «хилый» было особенно употребительно.