Фамилия Кильянкина — женская форма, мужской вариант — Кильянкин. В её основе лежит имя или прозвище, образованное от уменьшительной формы крестильного имени Кирилл. В русской народной традиции имя Кирилл нередко сокращали до Килька или Киля, а затем добавляли уменьшительный суффикс -янк-, характерный для южнорусских и украинских говоров. Получается, что Кильянка — это ласковое обращение к человеку по имени Кирилл, вроде «Кириллушка» или «Кирюша», но с местным диалектным оттенком.

Суффикс -янк- в фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин, и обычно указывает на происхождение из регионов, где были сильны малороссийские говоры или пограничные территории России. Это не типичная московская или петербургская фамилия, а скорее рязанская, тамбовская, воронежская или курская. В таких местах прозвище Кильянка могло закрепиться за одним человеком, а потом перейти к его детям как фамилия.

Есть и вторая, менее вероятная версия: основа могла быть не от имени, а от прозвища по роду занятий. В некоторых диалектах слово «килька» обозначало не только мелкую рыбу, но и невысокого, юркого человека. Если предок получил прозвище Килька за внешность или характер, то Кильянка — это уже его производное, с тем же уменьшительным суффиксом. Однако в ономастике связь с каноническим именем Кирилл считается более надёжной, так как такие модели (Иван — Иванка — Иванкин, Кирилл — Килька — Кильянкин) прослеживаются во многих русских фамилиях.

Фамилия не относится к дворянским или купеческим — скорее всего, её носили крестьяне или мещане. В дореволюционных переписях Кильянкины встречаются в центрально-чернозёмных губерниях, и до сих пор наибольшая концентрация носителей сохраняется в Липецкой, Тамбовской и Воронежской областях. Ударение обычно падает на второй слог: Кильянкина, хотя в устной речи иногда смещается на первый (Кильянкина), что может говорить о местном произношении.