Фамилия Кильшток — редкий пример фамилии, которая не вписывается в типичные славянские модели на -ов, -ин или -ский. Её основа и строение указывают на немецкое или еврейское (ашкеназское) происхождение, причём версия о немецких корнях выглядит предпочтительнее.

Словообразовательный разбор прост: фамилия состоит из двух частей — «киль» и «шток». В немецком языке «Kiel» означает «киль» (основная продольная балка судна), а «Stock» — «палка, ствол, посох». Вместе «Kielstock» может быть сложным словом, обозначающим некий предмет, связанный с судостроением или корабельным делом. Например, так могли называть деревянный брус, используемый при постройке киля, или длинный шест для промера глубин. Однако гораздо вероятнее, что «Кильшток» — это не прозвище по предмету, а топонимическая фамилия, образованная от названия населённого пункта. В Германии и Австрии встречаются небольшие поселения с названием Kielstock или похожими (например, Киль, Кильштедт), и выходец оттуда получал прозвище «Кильшток» — то есть «тот, кто из Кильштока».

Альтернативная, но менее обоснованная гипотеза связывает фамилию с еврейской традицией искусственных фамилий, которые в XIX веке нередко давались по названиям городов или профессий на немецкий манер. В этом случае «Кильшток» могло быть канцелярским изобретением чиновника, который соединил два немецких корня без конкретного бытового смысла, просто для создания благозвучной фамилии. Такая практика была распространена в Австро-Венгрии и Пруссии.

Суффикс в фамилии отсутствует — это чистая основа, что типично для немецких фамилий, которые часто переходили в русский контекст без изменений (ср. Шток, Фишер, Шмидт). В России и на постсоветском пространстве носители фамилии Кильшток встречаются крайне редко, в основном среди потомков немецких колонистов, переселившихся в Поволжье и на юг Украины в XVIII–XIX веках, или среди еврейских семей, живших в черте оседлости. Географически фамилия тяготеет к западным регионам бывшей Российской империи.

Единственная деталь, которая выделяет эту фамилию среди прочих немецких заимствований: она почти не имеет «русифицированных» вариантов. В отличие от Шмидта, ставшего Шмидтовым, или Фишера, превратившегося в Фишерова, Кильшток сохранил исходную форму. Это говорит о том, что носители либо долго сохраняли изолированный уклад, либо фамилия появилась в русском языке достаточно поздно, когда практика переделки фамилий на славянский лад уже сошла на нет.