Фамилия Мачихильян — редкий случай, когда географическое происхождение почти наверняка перевешивает любые попытки найти славянский корень. Её структура сразу выдает армянское происхождение: суффикс -ян (в старой орфографии -янц) означает принадлежность к роду, то есть «из рода Мачихил». В русской записи фамилия сохранила исходное звучание, но могла потерять конечное -ц, что часто случалось при адаптации армянских фамилий в XIX — начале XX века.

Основа фамилии — Мачихил. Скорее всего, это вариант армянского имени или прозвища. Наиболее правдоподобная версия: от армянского слова «мачик» (մաճիկ) — «соха», «плуг» или «рукоятка плуга». В таком случае прозвище Мачихил мог получить земледелец, пахарь или мастер, делавший сельскохозяйственные орудия. Суффикс -ил в армянских именах и прозвищах встречается, хотя и не так часто, как -ик или -ук; он мог выполнять уменьшительно-ласкательную или прозвищную функцию.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с мужским именем Мачих (возможно, тюркского или персидского происхождения, проникшего в армянскую среду). В любом случае, фамилия Мачихильян не имеет отношения к русским, украинским или белорусским корням — её ареал изначально ограничен территориями исторической Армении (Восточная Армения в составе Российской империи, Западная Армения в Османской империи). После геноцида армян 1915 года и последующих миграций носители фамилии рассеялись по диаспоре, поэтому сегодня Мачихильян можно встретить в России, странах Закавказья, США, Франции и на Ближнем Востоке.

С точки зрения словообразовательной модели, фамилия типична для армянской ономастики: прозвище/имя + патронимический суффикс -ян. В русском языке она склоняется как существительное мужского рода (Мачихильяна, Мачихильяну), но женский вариант не изменяется. Поскольку фамилия редкая, она не попала в основные словари русских фамилий (Унбегаун, Никонов), и её анализ приходится строить на общих законах армянской антропонимики и реконструкции семантики основы. Социальный статус предков, скорее всего, был крестьянским или ремесленным — без намёка на дворянство или духовное сословие, что подтверждается «земледельческой» этимологией.