Фамилия Шилагина — женская форма фамилии Шилагин, и её разбор стоит начать с мужского варианта, потому что именно он хранит ключ к происхождению. Основа фамилии — прозвище или нецерковное имя Шилага. В русской ономастике суффикс -агин (-ага, -яга) встречается реже, чем стандартные -ов или -ин, но он хорошо известен. Такие суффиксы образовывали прозвища от глаголов или существительных, часто с оттенком пренебрежения, ласкательности или указания на характерное действие. Сравните: бродяга, трудяга, служака. В словаре русских фамилий Б. Унбегауна подобные модели описаны как «отчества от прозвищ на -ага».

Самая вероятная версия связывает Шилагу с глаголом «шить». Шилагой могли назвать портного, человека, занятого шитьём одежды или обуви. В северных и центральных говорах слово «шила» (шило) было распространённым инструментом сапожника, а прозвище Шила (или Шилага) могло закрепиться за мастером кожевенного или швейного дела. Прозвища по ремеслу — один из самых частых источников русских фамилий, поэтому эта версия наиболее правдоподобна.

Менее вероятна, но возможна связь с диалектным словом «шилага» — так в некоторых областях называли неуклюжего, нерасторопного человека или, наоборот, проныру. В говорах Вологодчины и Архангельской области встречается значение «шило» в переносном смысле — о непоседливом ребёнке. Однако конкретных зафиксированных значений «шилага» в значении «портной» больше, поэтому ремесленная версия остаётся основной.

Географически фамилия Шилагин встречается в основном на Русском Севере и в Поволжье. По данным современных статистических выборок, больше всего носителей сосредоточено в Кировской, Архангельской областях и в Республике Коми. Это косвенно подтверждает северное происхождение: прозвища на -ага типичны для новгородских и вятских земель.

Фамилия Шилагина образована по стандартной модели: к основе Шилаг- добавили суффикс -ин, означающий принадлежность («чей?» — Шилагин сын, дочь Шилагина). То есть изначально это было отчество или указание на главу семьи. В дореволюционной России фамилия могла принадлежать и крестьянам, и мещанам — ремесленные прозвища не были сословно закреплены, а портные и сапожники встречались во всех слоях.

Если искать однокоренные фамилии, то ближайшие — Шилов, Шильников, Шитов (от «шить»). Шилагин стоит особняком из-за редкого суффикса, что делает его более локальным и, возможно, более древним по образованию — такие формы чаще возникали в XV–XVI веках, когда прозвища ещё не стали фамилиями в современном смысле.