Фамилия Коптилкин образована от прозвища Коптилка. В старину так могли назвать смуглого человека — «коптилка» в этом смысле означала что-то темное, закопченное. Но чаще прозвище давали по занятию: глагол «коптить» — «испускать копоть, сажу; чернить дымом». Коптилкой называли кочегара, трубочиста или рабочего на коптильном заводе. Такие «профессиональные» прозвища были очень распространены: человека легче было запомнить по делу, чем по имени. Прозвище Коптилка зафиксировано документами в 1475 году в Ростове Великом и в 1519 году — в Вологде. Это говорит о том, что корни фамилии уходят в северо-восточные земли Руси.

Словообразовательная модель проста: к основе «Коптилк-» добавили типичный русский суффикс принадлежности «-ин». Фамилии на «-ин» обычно указывали на родство: Коптилкин — это «сын Коптилки» или «из семьи Коптилки». В отличие от фамилий на «-ов», которые чаще образовывались от имен или прозвищ с окончанием на согласный, суффикс «-ин» присоединяли к основам на «-а» или «-я» (Коптилка → Коптилкин). Это одна из самых распространенных моделей в русской ономастике.

Интересно, что фамилия Коптилкин встречается гораздо реже, чем однокоренные Коптев или Коптяев. Это объясняется тем, что суффикс «-илк-» в прозвищах встречался не так часто: он придавал слову оттенок орудия действия или предмета, а не просто свойства («коптилка» — не просто тот, кто коптит, а нечто, что коптит, например, лампа или печь). Возможно, прозвище Коптилка сначала относилось к предмету, а потом перешло на человека, который с этим предметом работал. Так или иначе, потомок человека, обладающего прозвищем Коптилка, со временем получил фамилию Коптилкин.