Фамилия Лылина хранит память о прозвище дальнего предка. В её основе лежит прозвище Лыла, которое, скорее всего, восходит к слову «лылы». В словаре В. И. Даля это слово трактуется как «скулы, лицо». Вероятно, основатель рода Лылиных обладал запоминающимся лицом — например, у него выделялись скулы. Такая внешняя черта и закрепилась за человеком в качестве прозвища, а со временем легла в основу фамилии.

Фамилия образована по самой распространённой в русском языке модели — с помощью суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Лылин, то есть сын или потомок Лылы. Женская форма Лылина закрепилась как фамилия по мужской линии.

Слово «лылы» — редкое, диалектное. Встречается в северных и центральных говорах, поэтому фамилия Лылина может иметь региональную привязку к этим областям. Есть и другая, менее вероятная версия: в некоторых говорах «лыла» означала «ленивый, нерасторопный человек». Но связь с лицом и скулами выглядит убедительнее, так как прозвища по внешности давали чаще, чем по характеру.

Фамилия недворянская, крестьянская или мещанская по происхождению — такие фамилии на -ин редко встречались у высших сословий. В архивных записях и метрических книгах фамилия Лылина встречается с XVIII века, преимущественно в центральных губерниях России.