Фамилия Нинилкин — редкий пример, где суффикс -ин образует фамилию не от очевидного имени или прозвища. Основа здесь — «Нинилк(а)», что сразу отсылает к разговорной форме крестильного имени. Скорее всего, в основе лежит имя Нинель, которое получило распространение в советское время как аббревиатура от «Ленин» наоборот. Но Нинилкин — фамилия, а не советский новодел, поэтому корни у неё глубже и связаны с каноническим именем Нил. В народной речи имя Нил (от греческого «темный, черный») превращалось в уменьшительные формы: Нилка, Нинилка. Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Нинилкин, то есть сын, потомок человека по прозвищу Нинилка.

Модель образования типична для русских фамилий центральных и северных губерний, где -ин закреплялся за основами на -а, -я. В отличие от фамилий на -ов, которые чаще образовывались от полных имен на согласный (Иван — Иванов), Нинилкин вырос из обиходного прозвища. Это говорит о том, что предок был простого звания — крестьянин или посадский человек, которого в быту звали ласково или уменьшительно. Важно, что фамилия не могла возникнуть от женского имени Нина: суффикс -ин в таком случае дал бы «Нинин», а здесь основа с суффиксом -к-, характерным именно для мужских прозвищ (ср. Ванька — Васькин, Петька — Петькин).

В ономастических словарях фамилия не фиксируется как распространенная, что указывает на её узколокальное бытование. Вероятно, она могла появиться в какой-то одной местности, где имя Нил было популярно, а форма Нинилка закрепилась в речи как прозвище конкретного человека. Двойное «н» в корне — результат стяжения: Нил → Нинилка (с повторением слога для ласкательности, как в «дидилка» от «дитя»). Таким образом, Нинилкин — это «внук Нинилки», то есть потомок человека, которого звали Нилом, но в семье и на улице кликали Нинилкой. Это живая память о конкретном предке, а не о святом покровителе.