Фамилия Толочилин образована от прозвища Толочило. В основе лежит глагол «толочить» — в южнорусских и украинских говорах он означал «топтать, мять, утаптывать» (ср. «толочь»). Человек с таким прозвищем мог заниматься вытаптыванием троп, утрамбовкой земли или глины — например, при строительстве или в кожевенном деле, где сырьё мяли ногами. Есть и более прозаичная версия: «толочилом» называли того, кто постоянно ходит взад-вперёд, топчется на месте, — прозвище могло закрепиться за беспокойным или суетливым человеком.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — Толочилин, то есть сын или потомок Толочилы. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я (ср. Косилкин, Молотилин). В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще возникали от имён или прозвищ с твёрдой основой, форма на -ин характерна для слов с мягким или шипящим окончанием.

Фамилия редкая, встречается в основном в Курской, Воронежской и Ростовской областях — то есть в зоне южнорусского наречия, где слово «толочить» было в ходу. В документах XVII–XVIII веков можно найти однокоренные прозвища Толочка, Толочий, но фамилия Толочилин фиксируется позже, в XIX веке, в основном среди крестьян и однодворцев. Дворянских родов с такой фамилией не известно.

Иногда фамилию путают с Толоконниковым или Толокновым, но там корень «толокно» — овсяная мука, а не действие. Толочилин стоит особняком: это редкий случай, когда прозвище произошло от физического процесса, а не от предмета или качества.