Фамилия Матилькына — редкий случай в русской ономастике, и её разговор стоит начать с суффикса, а не с корня. Окончание -ына (а не -ина) указывает на вариант написания, который встречается в северных и сибирских говорах, где после твёрдых шипящих и заднеязычных пишут «ы» вместо «и»: ср. фамилии типа Цыбина, Шишкин, но в диалектной записи — Цыбына, Шышкын. Здесь же основа оканчивается на «к», и форма «Матилькына» могла закрепиться из-за местного произношения или ошибки писаря, который передал звук [ы] на письме. В литературной норме ожидалось бы «Матилькина», но именно этот вариант с «ы» и делает фамилию уникальной.

Корень фамилии — женское имя Матильда, которое пришло в русский язык из западноевропейских языков (нем. Mathilde, фр. Mathilde) и означает «сильная в бою» (от древнегерманских maht — «мощь, сила» и hild — «битва»). В России это имя не было распространённым среди крестьян и мещан, его чаще давали в дворянских или городских семьях, ориентированных на европейскую моду, особенно в XIX веке. Однако фамилия Матилькына образована не напрямую от полного имени, а от его уменьшительной формы — Матилька. Такие «женские» фамилии с суффиксом -ин/-ын обычно давались по матери или по жене: Матилькына — буквально «дочь или жена Матильки». Это указывает на то, что предок носителя фамилии, скорее всего, был связан с женщиной по имени Матильда, возможно, вдовой или матерью, которая воспитывала детей одна.

Географически фамилия могла закрепиться в местах, куда ссылали или переселяли обрусевших немцев, лифляндцев или польских дворян — например, в Сибири или на Урале. Альтернативная, но менее вероятная версия: основа могла быть не именем, а прозвищем от диалектного глагола «матилькать» (говорить невнятно, мямлить), но такой глагол не зафиксирован в словарях, и связь с именем Матильда выглядит убедительнее. В любом случае, фамилия Матилькына — это свидетельство межкультурного контакта: редкое западное имя, адаптированное в русском быту, превратилось в фамилию, которая сохранила в себе и диалектное написание, и память о женщине, давшей начало роду.