Фамилия Кустылкина — женская форма фамилии Кустылкин, и её разбор стоит начать с неожиданной детали: основа здесь не «куст», как можно подумать на первый взгляд, а редкое прозвище или имя. В русских фамилиях суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Кустылкин, то есть сын или потомок Кустылки. Само же слово «Кустылка» — это не уменьшительное от «куст» (обычно куст даёт фамилии Кустов, Кустиков), а, скорее всего, диалектное или обиходное прозвище человека.

По одной из версий, «кустылка» могло означать нечто маленькое, юркое или неприметное, как кустик, но с оттенком пренебрежения или ласки. В русских говорах встречается слово «кустыль» — так называли заросли, мелкий кустарник, а также невысокого, коренастого человека. Если предположить, что прозвище Кустылка дали человеку невысокого роста или тому, кто жил у кустарниковой опушки, то фамилия вполне прозрачна. Однако есть и более редкая версия: Кустылка — это вариант крестильного имени Константин (через народные формы Куста, Кустя), что вписывается в модель образования фамилий от сокращённых имён (ср. Кустиков, Кустов от Куста).

Географически фамилия Кустылкин тяготеет к центральным и северным областям России — Владимирской, Костромской, Ярославской, где суффикс -ылк- встречается в прозвищах чаще, чем на юге. В старых переписях XVII–XVIII веков можно найти крестьян и посадских людей с таким прозвищем, но известных дворянских родов Кустылкиных нет — фамилия осталась в основном в крестьянской и мещанской среде. Таким образом, предки современной носительницы фамилии Кустылкина, скорее всего, были людьми незнатными, но с характерным прозвищем, которое закрепилось за родом именно в тех местах, где «кустылка» звучало понятно и привычно.