Фамилия Кильчанова — женская форма, мужской вариант — Кильчанов. В основе фамилии лежит прозвище, имя или географическое название, и здесь есть несколько версий, и ни одна из них не очевидна.

Самая прямая версия отсылает к тюркскому слову «кильче» — «маленький, короткий». В татарском и башкирском языках «кельче» или «кильче» могло быть прозвищем невысокого человека либо младшего сына в семье. Суффикс -ан в тюркских именах часто образует ласкательные или уменьшительные формы, так что Кильчан — это «маленький Кильче» или просто ласковое обращение к младшему. Фамилия на -ов/-ева указывает, что предок по мужской линии носил это прозвище или имя.

Вторая версия — топонимическая. На карте России есть несколько речек и оврагов с названием Кильча, особенно в Поволжье и Приуралье. Житель у такой речки мог получить прозвище Кильчан, то есть «кильчинский». Фамилия Кильчановы встречается в Оренбургской, Самарской областях, в Башкортостане — как раз в зоне смешанного русско-тюркского населения. Это косвенно подтверждает и тюркский корень, и географическую привязку.

Третья, менее вероятная версия — от русского диалектного слова «кильча» (или «кильчик»), которое в некоторых говорах обозначало клин, вставку в одежде, или же кость в рыбьем скелете. Но эта гипотеза слабая: прозвищ по такой бытовой детали почти не фиксируется, а массового распространения слово не имело.

Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, и её география указывает на юго-восток европейской России. Встречается она нечасто, и носители, скорее всего, имеют общее происхождение из одного региона, а не разбросаны по всей стране.