Фамилия Патылицина — женская форма, мужской вариант — Патылицин. Она образована по самой распространённой русской модели: к основе прозвища или имени прибавили суффикс -ин, указывающий на принадлежность («чей сын?» — Патылицын, позже Патылицин). В основе лежит слово «патылица» или «потылица» — так в северных и центральных говорах называли затылок, загривок, иногда заднюю часть шеи. Человек мог получить прозвище Патылица по разным причинам: из-за привычки ходить, опустив голову, из-за заметной родинки или шрама на затылке, либо по какой-то другой примете, связанной с этой частью тела.

В словаре В. Даля «потылица» — это ещё и тыльная сторона головы, а «потыль» — затылок. В некоторых диалектах слово звучало именно как «патылица» — с аканьем, свойственным южным и среднерусским говорам. Прозвища по частям тела в русской ономастике не редкость: вспомним фамилии Лобов, Носов, Щеков, Губин. Патылица стоит в том же ряду — конкретно, предметно, без переносного смысла.

Фамилия редкая, и её распространение, скорее всего, локальное. Если верить географическим данным, носители фамилии Патылицин встречаются в основном в центральных областях России — в Тверской, Московской, Ярославской, а также в Поволжье. Это подтверждает диалектное происхождение: слово «патылица» бытовало именно в этих местах. В дореволюционных источниках фамилия фиксировалась с разным написанием — Патылицын, Потылицын, Потылицин. Смена «о» на «а» — результат аканья, а чередование «ц» и «ч» — следствие местного произношения: в одних говорах говорили «патылица», в других «патылича». Поэтому не исключено, что Патылицины и Потылицыны — родственные фамилии, разошедшиеся из-за диалектных различий.

Сословная принадлежность неоднородна. Фамилия встречалась и у крестьян, и у мещан, и у духовенства. В списках студентов духовных семинарий XIX века иногда попадаются Патылицины — это значит, что фамилию мог получить выпускник, чей отец имел прозвище Патылица. В крестьянской среде фамилия закрепилась через отчество: сына Патылицы стали звать Патылицын, а потом и Патылицин. Так что предки носителя этой фамилии — скорее всего, простые люди из центральной России, которых окрестили по заметной внешней черте.