Фамилия Тощилкина — женская форма фамилии Тощилкин, и её разбор стоит начать с суффикса. Модель на -ин указывает на принадлежность: в основе лежит прозвище или имя предка, отвечающее на вопрос «чей?». Тощилкин — значит «сын Тощилки» или «человек из рода Тощилки». Суффикс -к- в основе (Тощилк-а) типичен для русских прозвищных форм: он мог означать уменьшительность, пренебрежение или просто фамильярное именование человека по характерному признаку.

Корень фамилии — тощ- (тощий), то есть «худой, истощённый, слабый». В старых говорах «тощилка» — это прозвище очень худого человека. Не исключено, что прозвище давали не столько за внешность, сколько за образ жизни: «тощий» могло означать «бедный, скудный, лишённый достатка». В русских диалектах слово «тощий» применяли и к земле, и к скоту, и к еде. Поэтому Тощилкой могли назвать либо человека с характерной худобой, либо крестьянина, живущего впроголодь.

Фамилия редкая и не попала в широкие ономастические справочники вроде словаря Унбегауна. Встречается она в основном в центральных и южных регионах России — в Тульской, Рязанской, Воронежской областях. Там же фиксируются однокоренные фамилии: Тощев, Тощаков, Тощилин. Все они образованы от одного корня, но с разными суффиксами, что говорит о самостоятельном возникновении в разных сёлах.

Если сравнивать с другими фамилиями на -илк-ин, например, Косилкин (от «косилка» — косарь) или Варилкин (от «варилка» — повар), то Тощилкин стоит особняком: «тощилка» — не профессия, а именно прозвище, и в этом её отличие. Скорее всего, предок носителя фамилии был заметно худым человеком, и это прозвище закрепилось за его потомками без связи с ремеслом или сословием.

Сословная принадлежность Тощилкиных не прослеживается по архивам — фамилия не дворянская и не купеческая, а крестьянская или мещанская. В метрических книгах XIX века Тощилкины встречаются среди государственных крестьян. Написание фамилии устойчивое, без вариантов вроде Тащилкин — путаница с глаголом «тащить» маловероятна, так как ударение в основе падает на «о»: То́щилкин.