Фамилия Похилина образована от прозвища или мирского имени, а её основа, скорее всего, связана с глаголом «похилить». В русских говорах у этого слова было несколько значений: наклонить, согнуть, скосить, а также приуныть или сгорбиться. Таким образом, прозвище Похила могли дать человеку с характерной осанкой — сутулому, ходящему с наклоном, либо, в переносном смысле, тому, кто часто ходил печальным или «поникшим».

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность. Похилин — тот, кто является сыном или потомком Похилы. Это патронимическая фамилия, которая закрепилась в формах кратких притяжательных прилагательных, что характерно для центральных и северных регионов России. Встречаются и однокоренные варианты — Похилов (с суффиксом -ов) и Похильский (с польским или украинским оттенком), но Похилина звучит архаичнее и «севернее».

Интересно, что корень «похил-» мог иметь и другое, более редкое значение — «кривой» или «косой» в прямом смысле, например, применительно к постройке или предмету. В таком случае прозвище могло закрепиться за плотником или строителем, который работал «на глазок» и допускал перекосы. Однако первая версия (внешность или характер) более логична для личного прозвища.

Географически фамилия встречается в основном в центральной России и Поволжье, но не относится к числу распространённых. В дореволюционных переписях Похилины фиксировались преимущественно среди крестьян и мещан, что говорит о простонародном происхождении основы без дворянского или церковного налёта.

Спорных версий у фамилии немного: иногда её ошибочно связывают с украинским «похилий» — пологий, отлогий, но русская форма с суффиксом -ин и ударением на второй слог (Похи́лина) указывает на исконно великорусское происхождение. Если бы основа была южнорусской, фамилия скорее приняла бы вид Похиленко.