Фамилия Патылицына — женская форма фамилии Патылицын. Её основа — прозвище, которое дали человеку с характерной речью или манерой говорить. В русских говорах слово «паты́лить» означало «говорить вздор, пустословить, болтать без умолку». Человека, склонного к пустой болтовне, и прозвали Патылица. Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: «сын Патылицы» или «из семьи Патылицы».

Модель образования здесь классическая для северных и центральных областей России. Суффикс -ин, в отличие от -ов, крепится к основам на -а/-я. Сама основа «патыл-» редкая, почти не встречается за пределами говоров. В словаре Владимира Даля зафиксирован глагол «патылить» именно в значении «пустословить», а также существительное «паты́ль» — болтун или пустомеля. Прозвище могло быть ироничным: так дразнили не столько злого, сколько надоедливого говорливого человека.

Встречается фамилия Патылицын в основном в Вологодской и Архангельской областях, а также на Урале — в районах, куда переселялись выходцы с Русского Севера. Это косвенно подтверждает северное происхождение прозвища. Вариант написания через «ы» (Патылицын, а не Патилицын) сохраняет исконное произношение с твёрдым звуком, что тоже типично для северных говоров.

Иногда фамилию ошибочно связывают с диалектным «патла́» (волосы, космы) или с профессией пастуха, но эти версии слабее. Глагольная основа «патылить» даёт более прямую и логичную связь с прозвищем, а не с предметом или занятием. Вероятнее всего, первый Патылица был не молчаливым человеком.