Фамилия Матылькова — женская форма, а её мужской вариант Матыльков. На первый взгляд корень «матыль» напоминает диалектное «мотыль» — так в южных и западных говорах называли мотылька, бабочку. Логично предположить, что прозвище Матыль мог получить человек лёгкий, суетливый или непостоянный, «порхающий» по жизни. Однако есть и другая, более прозаичная версия, которую поддерживают ономасты: основа «мотыл(ь)» в некоторых регионах означала мелкого червячка, личинку, а в переносном смысле — незначительного, мелкого человека или того, кто копается в земле, работает с навозом. Прозвище могло закрепиться за крестьянином, занятым огородничеством или рыбной ловлей (мотыль — наживка).

Словообразовательная модель проста и типична для русского Севера, Поволжья и центральных областей: суффикс -ов- (Матыль-к-ов) указывает на принадлежность. Фамилию получили потомки человека по прозвищу Матылько — так уменьшительно-ласкательно называли того самого Матыля. Суффикс -к- здесь не фамильный, а уменьшительный в самом прозвище, что характерно для неофициальных имён в XV–XVII веках. То есть прямого родства с польскими или украинскими фамилиями на -ко (Матылько) нет — это чисто русская адаптация, где -ко превратилось в -ков.

Встречается фамилия в основном в Смоленской, Брянской и Тверской областях, что косвенно подтверждает диалектный южный или западный источник прозвища. Сословной привязки нет: Матыльковыми могли быть и крестьяне, и мещане, и однодворцы. В дворянские родословные книги эта фамилия не попала — скорее всего, её носители оставались в податных сословиях.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Матылев, Матылевич, Матыль — то Матыльков выделяется именно уменьшительным суффиксом в основе. Это делает её «домашней»: предка звали не просто Матыль, а ласково Матылько, и это прозвище закрепилось за его детьми.