Фамилия Попылькова — женская форма фамилии Попыльков, и её происхождение неочевидно даже для специалиста. В отличие от распространённых «профессиональных» фамилий вроде Кузнецов или Мельников, здесь корень «попыл-» ставит в тупик. Самая вероятная версия связывает фамилию с диалектным словом «попылка». В северных и сибирских говорах так называли лёгкий, недолгий дождь, морось, а также мелкий, частый снег. Прозвище Попылка могли дать человеку суетливому, быстрому или, напротив, тому, кто постоянно жаловался на погоду, или же родившемуся в ненастье.

Модель образования типична для русских фамилий: основа «Попылк-» плюс суффикс притяжательности -ов, что буквально означает «сын Попылки». Встречается и альтернативное объяснение: от слова «поп» и уменьшительного суффикса -ылк(а). В этом случае Попыльков — потомок человека по прозвищу Попылка, то есть «маленький поп» или сын священника, но с пренебрежительным оттенком. Однако версия с дождём выглядит правдоподобнее, потому что в русской ономастике прозвища по природным явлениям (Ветров, Дождиков) встречаются реже, чем по профессиям, и потому ценнее для идентификации.

Географически фамилия редкая, её очаги — центральные и северные области России, особенно Вологодчина и Архангельская губерния, где слово «попылка» было в ходу. Суффикс -к- в основе (Попылк-а) указывает на то, что прозвище было образовано в народной среде, а не в книжной или церковной традиции. Таким образом, предки Попыльковых, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, а их фамилия — живой отпечаток местного говора, который сегодня почти забыт.