Фамилия Кирилкин образована от канонического мужского имени Кирилл, но не напрямую, а через его народную, обиходную форму — Кирилка. В старину на Руси полные имена в повседневной речи часто заменяли краткими или уменьшительными: так Иван превращался в Ваньку, а Кирилл — в Кирилку. Суффикс «-к-» в этой форме мог выражать не только уменьшительность, но и принадлежность к простонародной среде: в документах XVII–XVIII веков крестьян и посадских людей нередко записывали именно с таким «бытовым» вариантом имени.

Основа имени Кирилл — греческая. Оно восходит к слову κύριλλος, что означает «маленький господин» или «господчик». В Византии это слово могло быть ласковым обращением, а на русской почве закрепилось как полноценное крестильное имя. Фамилия Кирилкин, таким образом, буквально указывает на родство: «чей-то сын» или «чей-то потомок» — в данном случае потомок Кирилки.

По модели образования фамилия относится к самому распространённому в России типу — притяжательным фамилиям на «-ин». Этот суффикс присоединялся к основам, оканчивающимся на гласный или на «-а»: Кирилка → Кирилкин. Такая модель была типична для северных и центральных губерний России, где фамилии на «-ин» встречаются чаще, чем на «-ов».

Скорее всего, основатель рода Кирилкиных был выходцем из крестьянской или рабочей среды. Вплоть до XIX века фамилии на «-ин» у непривилегированных сословий нередко фиксировались в переписных книгах именно через уменьшительные формы имени, тогда как дворянство чаще сохраняло полную форму (Кириллов). Поэтому географически фамилия Кирилкин тяготеет к регионам с преобладанием русского крестьянского населения — Поволжью, центральным областям, частично Уралу.

Встречается и вариант с окончанием «-а» — Кирилкина, что является формой женского рода в старых документах или современной фамилией по материнской линии. В целом же фамилия сохранила прямую и прозрачную связь с именем, не обросла дополнительными прозвищными значениями и не меняла корень при переходе из устной речи в письменную.