Фамилия Ломилкина — женская форма, а её основа, мужская фамилия Ломилкин, образована от прозвища или нецерковного имени Ломилка. В русской ономастике суффикс -ин указывает на принадлежность: Ломилкин — «сын Ломилки» или «из рода Ломилкиных». Само прозвище Ломилка звучит необычно и сразу вызывает вопрос: что или кого так называли?

Скорее всего, прозвище связано с глаголом «ломить» — ломать, гнуть, напирать с силой. Ломилкой могли прозвать человека с крутым нравом, упрямца, который «ломит» своё, не слушая уговоров. В диалектах северных и сибирских говоров «ломила» — это ещё и силач, здоровяк, способный согнуть подкову или выломать дверь. Другая, менее очевидная версия ведёт к ремеслу: «ломилка» — орудие для ломки чего-либо (камня, льда, прутьев). Тогда прозвище могло закрепиться за каменотёсом, плотником или лесорубом, чья работа требовала постоянного «ломания» материала.

Встречаемость фамилии локализована в основном в центральных и северных регионах России. В переписных книгах XVII–XVIII веков фамилии на -ин с основой от глагола — явление редкое, что делает Ломилкиных скорее носителями прозвищного, а не «профессионального» корня. В отличие от распространённых Ломовых (от «ломить» в значении «гнуть спину»), Ломилкин — более конкретное, «штучное» прозвище, которое давали одному человеку в деревне, а не целой артели.

Однокоренные фамилии — Ломов, Ломакин, Ломиковский. Но Ломилкин стоит особняком: суффикс -к- в основе (Ломил-к-а) придаёт прозвищу уменьшительный или пренебрежительный оттенок, как у Ломалка, Ломачка. В народной среде так могли назвать младшего сына, который уже в детстве проявлял упрямство, или же взрослого мужчину невысокого роста, но неожиданно сильного. Выбрать одну версию сложно, но «силач-упрямец» выглядит правдоподобнее, чем инструмент: прозвища по характеру давали чаще, чем по орудию труда.