Фамилия Осмолкина — женская форма фамилии Осмолкин. Её основа — прозвище Осмолка, которое, скорее всего, связано со словом «осмол» — просмолённая пакля или щепа, использовавшаяся для конопачения лодок и изб. В этом случае прозвище мог получить человек, занятый смолокурением или конопачением: осмолка была востребованной профессией в лесных и приречных районах. В словаре Владимира Даля «осмолка» — это ещё и «остаток после перегонки смолы», то есть отход производства, что намекает на возможное пренебрежительное прозвище нерадивого или бедного работника.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с диалектным «осмолок» (обгорелое полено, головня). Такое прозвище могло закрепиться за человеком со смуглой кожей или черными, как уголь, волосами. Однако профессиональная версия убедительнее: фамилии на -ин/-ын в русской традиции часто образовывались именно от названий занятий (ср. Плотникин, Кузнецов).

Фамилия редкая, не входит в число массовых русских фамилий. Её ареал, судя по данным современных поисковых систем, тяготеет к центральным и южным регионам России, где было развито смолокурение (Брянская, Калужская, Тамбовская области). В дореволюционных источниках Осмолкины встречаются в основном среди крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Интересная деталь: суффикс -к- в основе (Осмолка, а не Осмол) говорит о том, что прозвище было образовано от глагола «смолить» с помощью продуктивного суффикса -к(а), характерного для простонародных имён (Жданка, Несмеянка). Это дополнительно подтверждает низкое социальное происхождение носителей.