Фамилия Попыльков — редкий случай, когда разбор начинается не с корня, а с суффикса. Модель «-ыльк-» в русских фамилиях почти не встречается, и это сразу подсказывает, что перед нами нестандартная основа. Скорее всего, Попыльков — это вариант фамилии Попельков, образованной от прозвища Попель или Попелек. В таком случае корень — «попел-» (в диалектах — зола, пепел), а «ы» вместо «е» — результат акающего произношения или описки в документах. Фамилия Попельков, в свою очередь, восходит к прозвищу человека с пепельными волосами или к тому, кто работал с золой, — например, золотарь или угольщик.

Но есть и вторая, более редкая версия. Если отталкиваться от написания «Попыльков», можно увидеть здесь суффикс «-ыльк-» как уменьшительно-ласкательную форму от слова «поп» (священник). В говорах «попылька» могло означать «сыночек попа» или «маленький попик» — такое прозвище давали ребёнку священника или просто бойкому мальчишке, который любил командовать. Тогда фамилия — прямая патронимическая: «чей? — Попыльков», то есть потомок Попыльки.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и белорусским землям, где аканье и замена «е» на «ы» в безударной позиции — обычное дело. Встречается она редко, и это позволяет предположить, что родословная у неё локальная, возможно, из одного села или волости. Сословного барьера не было: и крестьяне, и мещане, и дети священников могли получить такое прозвище — всё зависело от того, какой смысл вкладывали в слово «попылька» соседи.