Фамилия Полыгылина — редкий пример, где основа, на первый взгляд, кажется искажённой или диалектной. Если отбросить типичный женский суффикс -а, указывающий на принадлежность к роду, остаётся мужская форма Полыгылин. А она, в свою очередь, образована от прозвища или неканонического имени Полыгала, Полыгай или Полыга.

Ключ к разгадке — глагол «полыгать», который в русских говорах (особенно северных и сибирских) означал «лгать, врать, говорить неправду», а также «хвастать» или «обманывать». Соответственно, Полыгой в старину называли лгуна, хвастуна или человека, склонного к пустым обещаниям. Это не обязательно была резко отрицательная характеристика: в крестьянской среде прозвища часто давались по характерной черте поведения, и «Полыга» могло звучать как шутливое, бытовое имя.

Модель образования проста: основа Полыг- + суффикс -ин, который в русской антропонимии указывает на принадлежность («чей?» — сын Полыги). Таким образом, Полыгылин — это «сын Полыги», то есть потомок человека, носившего такое прозвище. Фамилия могла закрепиться в форме Полыгин, но написание через «ы» (Полыгылин) — более редкий, архаичный вариант, сохранивший твёрдое произношение корня.

Географически фамилия тяготеет к Русскому Северу и Уралу, где диалектная лексика была особенно устойчива. Встречается она крайне редко, что указывает на локальное происхождение от одного рода. В дореволюционных переписях носители такой фамилии могли быть государственными или экономическими крестьянами, жившими в одном-двух селениях.

Стоит отметить, что существует и альтернативная, менее вероятная версия — связь с диалектным словом «полыгать» в значении «нагибать, гнуть» (от «полог»). Но в этом случае прозвище должно было относиться к человеку сгорбленному или занимающемуся плетением, что не подтверждается типовыми ономастическими источниками. Основная версия — от «лгать» — остаётся самой прямой и логичной.