Фамилия Пахилко — яркий пример южнорусской и украинской модели фамилий на -ко, которая в XVI–XVII веках была особенно распространена на территории современной Украины и в южных областях России. Суффикс -ко (в белорусском варианте -ка) выполнял уменьшительно-ласкательную или патронимическую функцию, то есть обозначал «сына такого-то» или просто человека, связанного с названным лицом. В отличие от великорусских фамилий на -ов/-ев, которые закрепились в официальных документах раньше, фамилии на -ко долго оставались в бытовом обиходе и нередко передавались по прозвищу отца.

Основа «Пахил» почти наверняка восходит к крестильному имени Пахомий. В народной речи это имя, пришедшее из греческого (παχύς — «толстый, плотный»), переделывали в более удобные формы: Пахом, Пахомка, а в южных говорах — Пахіл. Смягчение «м» в «л» — характерное явление украинской и белорусской фонетики (сравните: «Хома» вместо «Фома»). Таким образом, Пахил — это диалектный вариант имени Пахом, а Пахилко — соответственно «сын Пахила» или «маленький Пахил».

Версия о том, что фамилия могла произойти от прозвища, связанного с глаголом «пахать» или существительным «пахи» (подмышки), выглядит менее убедительной. Во-первых, в украинском языке «пахать» звучит как «орати», а во-вторых, суффикс -ил- не характерен для образования прозвищ от глаголов. Гораздо логичнее видеть здесь адаптацию церковного имени, которая встречается в сотнях фамилий: Пахомов, Пахомовский, Пахоменко, Пахолко — и Пахилко стоит в том же ряду.

Географически фамилия тяготеет к западу и центру Украины, а также к приграничным областям России, таким как Белгородская и Курская. Встречается она нечасто, что указывает на локальное происхождение: вероятно, один род, закрепивший за собой это прозвище, дал начало всем нынешним носителям. Сословно предки Пахилко были, скорее всего, крестьянами или казаками — именно в этих средах фамилии на -ко держались дольше всего и не вытеснялись дворянскими формами на -ов.