Фамилия Шыхлинская — одна из тех, чья география и этническая принадлежность определяют её разбор почти без споров. Она явно восходит к тюркской основе, а суффикс -ская указывает на польско-украинскую или, шире, шляхетскую модель образования фамилий, характерную для дворянских родов Речи Посполитой. В русской среде такие фамилии на -ский/-цкий часто получали выходцы из духовенства или мелкопоместные дворяне, но в случае Шыхлинской корень выдает иное происхождение.

Основа «Шыхлы» (или «Шихлы») — это тюркское слово, восходящее к арабскому «шейх» (старейшина, духовный наставник) с добавлением тюркского суффиджа принадлежности -лы. В буквальном смысле «шыхлы» означает «имеющий шейха» или «относящийся к шейху». Такое прозвище или топоним могло закрепиться за человеком, который происходил из рода потомков шейха, или за жителем селения с названием вроде Шыхлы (такие топонимы есть в Азербайджане и в некоторых регионах Кавказа). Таким образом, фамилия Шыхлинская — это вариант «Шыхлинский», адаптированный под женскую форму (в русском языке женская фамилия на -ая).

Самая вероятная версия: фамилия образована от названия населённого пункта — села Шыхлы или Шихлы. В таком случае её носитель — выходец из этого места, получивший фамилию по месту жительства. Модель «топоним + -ский» типична для польской шляхты, но на восточных окраинах Речи Посполитой (современные Беларусь, Украина, Литва) её перенимали и татарские, и тюркские роды, которые служили в войске и получали гербы. В частности, известны татарские княжеские фамилии на -ский (например, Яглынский, Кадышевский), которые имеют схожую структуру. Шыхлинская могла возникнуть в среде польско-литовских татар — мусульманской знати, осевшей в Великом княжестве Литовском и получившей шляхетство.

Менее вероятно, но возможно, что фамилия — искусственное образование, данное при крещении или при получении дворянства, когда к тюркской основе просто добавили модный суффикс. Однако в любом случае, предки носительницы фамилии Шыхлинская, скорее всего, имели отношение к мусульманской (тюркской или татарской) среде, обладали определённым социальным статусом (духовный авторитет или военная служба) и происходили из региона, где бытовали топонимы с корнем «шых». Встретить эту фамилию можно в среде потомков польско-литовских татар, а также в азербайджанской диаспоре, где женские фамилии на -ская нередки из-за русификации в XIX веке.