Фамилия Павлихина образована от уменьшительной формы имени Павел — Павлиха. Само имя восходит к латинскому paulus, что значит «маленький», «небольшой». Но если имя Павел в русской традиции звучало торжественно и церковно, то форма Павлиха — это обиходный, домашний вариант, какой использовали в повседневной речи, а не в официальных документах.

Такие «материнские» и «женские» формы имен (Варвара — Варюха, Павел — Павлиха) в старину нередко закреплялись за человеком как прозвище. Чаще всего так называли женщину — жену или дочь Павла, но могли прозвать и мужчину, если он жил в доме Павлихи или был как-то с ней связан. Скорее всего, основатель рода Павлихиных происходил из простого сословия: в крестьянской и посадской среде такие прозвища были обычным делом, тогда как дворяне чаще использовали полные формы имен.

Суффикс -ин в фамилии указывает на принадлежность: Павлихина — это «дочь или жена Павлихи», а в более широком смысле — потомок человека по прозвищу Павлиха. По той же модели построены фамилии Марьин, Татьянин, Дарьин, где основой служат женские имена. В случае с Павлихиной цепочка выглядит так: имя Павел → уменьшительное Павлиха → прозвище → фамилия потомков.

Встречается фамилия преимущественно в центральной России и Поволжье, где формы на -иха/-ыха были особенно распространены. В северных говорах и на Урале похожие фамилии нередко писали через -ых (Павлихин, Павлихиных), но вариант Павлихина закрепился в литературной норме. Сегодня носительницы фамилии могут иметь предков как из крестьян, так и из мещан — точных данных о сословной принадлежности рода нет, но сама модель образования указывает на народную, не аристократическую среду.