Фамилия Осмолкин образована от прозвища Осмолка, и почти наверняка в его основе лежит глагол «осмолять». В старину это слово означало «обмазывать смолой»: так защищали от порчи деревянные предметы, веревки и корпуса судов. Матросы и корабельных дел мастера постоянно возились со смолой, поэтому прозвище Осмолка закрепилось за человеком именно как «профессиональное» именование, указывающее на род его занятий. Позже это прозвище легло в основу фамилии, а потомок человека по прозвищу Осмолка стал писаться Осмолкиным.

Но у этой фамилии есть и вторая, менее очевидная версия. В южных и западных русских говорах глагол «осмолять» имел значение «опалять, обжигать». Отсюда Осмолкой могли прозвать человека со шрамом от ожога или того, кто часто работал у огня, например, смолокура. Обе трактовки сводятся к одному корню, но первая — ремесленная — выглядит правдоподобнее: смоление было распространенным промыслом, а прозвища по профессии давали чаще, чем по случайной внешней примете.

Суффикс -кин указывает на принадлежность: Осмолкин — это «сын Осмолки». Такая модель типична для северных и центральных русских фамилий, где вместо притяжательного -ов часто использовали -ин. Сама фамилия довольно редкая и не получила широкого распространения, что типично для прозвищ, закрепившихся в пределах одной местности или даже одной семьи.