Фамилия Шилонцов — редкий случай, когда в основе лежит не имя или профессия, а, скорее всего, прозвище, связанное с орудием труда. Корень здесь — «шило», то есть тонкий заострённый инструмент для прокалывания кожи или ткани. Человек, получивший такое прозвище, мог быть сапожником, шорником или портным — мастером, постоянно работавшим с шилом. В говорах «шило» могло также означать бойкого, пронырливого человека («шило в одном месте»), так что прозвище могло достаться и егозе.

Словообразовательная модель проста и прозрачна: основа «Шилон-» и суффикс «-цов». Фактически это вариант фамилии Шилонов, но с добавлением суффикса «-ец» (Шилон — Шилонец — сын Шилонца). Суффикс «-ов» в окончании — стандартный патронимический показатель, указывающий на принадлежность: «чей?» — Шилонцов, то есть сын или потомок человека по прозвищу Шилонец. Такая двухступенчатая модель (прозвище + суффикс лица + фамильный суффикс) встречается реже, чем просто Шилов или Шильников, что делает фамилию более локальной и индивидуальной.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям, где было развито сапожное и кожевенное ремесло. Встречается она нечасто, что говорит о происхождении от одного или нескольких очаговых родов, а не массовом крестьянском наделении фамилией по ремеслу. В документах XIX века носители Шилонцовых — это в основном мещане и государственные крестьяне, что подтверждает ремесленный или прозвищный характер основы. В отличие от фамилий на «-их» или «-ских», эта форма почти не даёт сословных подсказок, но зато чётко указывает на конкретное, возможно, даже диалектное прозвище предка.