Фамилия Томилкина — женская форма фамилии Томилкин, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Томилка. В основе лежит глагол «томить» — мучить, изнурять, держать в неволе или в тягостном ожидании. В русской ономастике суффикс -к- в прозвищах часто придаёт оттенок уменьшительности или пренебрежения, но в случае с Томилкой, скорее всего, имелось в виду некое свойство характера: медлительный, вялый, «томный» человек, либо тот, кто сам «томит» других — заставляет ждать, тянет время.

Модель образования проста: прозвище Томилка → фамилия Томилкин (чей? — сын Томилки) → Томилкина. Суффикс -ин указывает на принадлежность, типичную для северных и центральных регионов России. В отличие от более распространённых фамилий на -ов/-ев, -ин-фамилии чаще образовывались от основ, оканчивающихся на -а или -я, что и произошло здесь.

Интересно, что фамилия Томилкина — довольно редкая, и её географическое распространение может подсказать, где жили предки. Встречается она преимущественно в Поволжье и некоторых областях Центральной России, но не массово. Это наводит на мысль, что родоначальник не был крестьянином из многолюдного села, а скорее жил в небольшой деревне или слободе, где прозвище было уникальным и закрепилось за потомками.

Споров вокруг корня почти нет: версия с глаголом «томить» — основная и безальтернативная. Альтернативное объяснение через крестильное имя Фома (с диалектным смягчением «Тома») маловероятно, так как тогда фамилия звучала бы как Фомин или Томин, а суффикс -илка указывает на активное действие, а не на имя святого. Так что предки носителей фамилии Томилкина были людьми, которых в округе прозвали за их медлительность или, наоборот, за привычку заставлять других ждать.