Фамилия Кильпяков образована от мирского имени или прозвища Кильпяк. Наиболее вероятная версия связывает её с финно-угорскими корнями, а именно с мордовским дохристианским именем Кильпяк. В его основе лежит финское слово kilpa, которое означает «состязание», а однокоренные слова переводятся как «соперник» и «бегущий наперегонки». Таким образом, имя могло указывать на характер или склонности человека — возможно, его давали ребёнку, от которого ждали удали и соревновательного духа.

Существует и альтернативная, менее распространённая гипотеза. Согласно ей, прозвище Кильпяк имеет родственную этимологию с немецким словом Kilber — «животновод, занимающийся разведением овец». В этом случае прозвище относилось к «профессиональным» именованиям и указывало на род занятий основателя фамилии. Однако эта версия выглядит менее убедительной: фамилия с тюркским или финно-угорским суффиксом -як (-ак) редко напрямую заимствуется из немецкого, скорее здесь можно предположить случайное звуковое совпадение.

Фамилия образована по стандартной русской модели с патронимическим суффиксом -ов, который указывает на принадлежность: «сын Кильпяка». Такой способ словообразования был типичен для русских фамилий, возникших на основе иноязычных имён. Сама фамилия Кильпяков — редкая, её география бытования, скорее всего, связана с Поволжьем, где исторически проживают мордовские народы. Это делает её ценным маркером для тех, кто ищет свои корни в финно-угорской среде.