Фамилия Молотилина образована от прозвища или нецерковного имени Молотило. Основа здесь — «молотило»: цеп, которым обмолачивали снопы, а также рабочий орган молотилки. В говорах так могли назвать человека плотного, коренастого, сильного — по аналогии с тяжелым орудием. Встречалось и переносное значение: болтливый, «молотящий языком» человек.

Фамилия относится к типично русским «ремесленным» фамилиям на -ин, указывающим на принадлежность: «чей?» — «Молотилин», то есть сын или работник Молотилы. Суффикс -ин характерен для основ на -а, -я. В этой модели нет отчества в строгом смысле, а есть указание на прямую связь с прозвищем главы семьи.

Географически фамилия устойчиво встречается в центральных и южных регионах России, особенно в Воронежской, Тамбовской, Рязанской областях. Это зона традиционного земледелия, где молотьба была основным сельскохозяйственным процессом. Среди крестьян прозвища по орудиям труда были обычны: Цеп, Серп, Коса, Лопата. Молотило — одно из них.

Интересно, что в старых документах фамилия могла писаться через «а» — Молотилины, но с ударением на второй слог. Встречаются варианты Молотилов и Молотильщиков, но Молотилина — более архаичная форма, сохранившая прямое указание на прозвище, а не на профессию. Если Молотильщик — это тот, кто работает молотилкой, то Молотило — это сам инструмент, и прозвище могло быть дано за внешность или повадки.

В словаре Б. Унбегауна фамилии на -ило (Молотило, Ковалило, Месило) отнесены к древнейшему пласту русских прозвищ, образованных от названий орудий. Такие фамилии редко встречаются за пределами России, что подтверждает их исконно крестьянское происхождение. Носитель фамилии Молотилина с высокой вероятностью происходит из семьи хлебопашцев, где молотьба была главным осенним занятием.