Фамилия Цепилина — женская форма фамилии Цепилин, которая образована по самой распространённой в русском ономастиконе модели: от основы на согласный добавляется суффикс -ин. Мужской вариант — Цепилин, женский — Цепилина. Такая модель типична для фамилий, произошедших от прозвищ или мирских имён, оканчивающихся на -а или твёрдый согласный. В данном случае основа — «Цепил-», и ключевой вопрос — что она означала.

Корень «цеп-» прозрачно отсылает к слову «цепь». В русских говорах было слово «цепила» — так называли человека, который носит цепь, либо того, кто постоянно «цепляется» к другим, придирается, привязывается. Прозвище Цепила могли дать сварливому, назойливому человеку или, наоборот, тому, кто занимался изготовлением или ремонтом цепей — кузнецу-цепочнику. Второй вариант правдоподобнее: ремесленные прозвища в основе фамилий встречаются часто, а цепь — один из древнейших и востребованных предметов хозяйства и быта.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с диалектным глаголом «цепить» в значении «присоединять, прикреплять». Тогда прозвище могло относиться к расторопному, хваткому работнику. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные модели разбираются на примере фамилий от прозвищ с суффиксом -ила (например, Крутила, Шутила), но Цепила стоит несколько особняком из-за конкретной предметной отсылки.

Географически фамилия Цепилин встречается преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской, Костромской и Архангельской губерниях — регионах, где кузнечное и цепное дело было развито. В документах XVII–XVIII веков можно найти крестьян и посадских людей с такой фамилией, но массовой или дворянской она не стала. Таким образом, предки современных Цепилиных, скорее всего, были ремесленниками или людьми с цепким характером, а фамилия закрепилась за их потомками по отцовской линии.