Фамилия Похилькин напрямую связана с прозвищем Похилька, которое давали предку. В основе этого прозвища лежит украинское прилагательное «похилий» — «наклонный», «покатый». Чаще всего так называли человека, чей дом стоял на склоне холма или оврага. Но у слова есть и переносные значения: «мрачный», «угрюмый», а в некоторых говорах — «достигший преклонных лет». Поэтому прозвище Похилька могло указывать либо на нелюдимый, замкнутый характер, либо на почтенный возраст родоначальника.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: суффикс -ин указывает на принадлежность, то есть «сын Похильки». Такой тип фамилий (от прозвищ с суффиксом -ка) широко распространён на юге России и в украинских землях, откуда, скорее всего, и пошёл род. Интересно, что фамилия сохранила исходное «и» в корне, хотя в русском языке чаще встречается форма «Похелькин» — с редукцией безударной гласной. Это говорит о том, что фамилия могла закрепиться в письменных источниках достаточно рано, до того как произношение окончательно выровнялось.

Стоит отметить и редкую для русских фамилий основу: однокоренных «Похилькиных» мало, и это делает фамилию заметной. Встречается она преимущественно в Курской, Белгородской и Воронежской областях, что косвенно подтверждает украинское происхождение прозвища: эти земли исторически были зоной смешения русского и украинского населения. Впрочем, возможна и другая, менее вероятная версия: связь с диалектным глаголом «похилить» — «наклонить», «согнуть». Тогда прозвище могло относиться к сутулому человеку. Но версия со склоном холма выглядит правдоподобнее: такие прозвища по месту жительства в сельской местности давали чаще, чем по внешности.

Сведений о знаменитых носителях фамилии в открытых источниках нет, что неудивительно: фамилия редкая и, судя по географии, крестьянская по происхождению. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Так что перед нами типичный пример фамилии-прозвища, которая возникла в народной среде и сохранила память о том, где жил или каким был её первый носитель.