Фамилия Вавилихин образована от имени Вавилиха — народной, разговорной формы мужского имени Вавила (или Вавил). Само имя восходит к арамейскому корню, и у него несколько значений: «мятежный», «ворота Бога» или «житель Вавилона». В русской традиции имя бытовало в двух вариантах: Вавила и Вавула. Один из самых известных носителей этого имени — великомученик Вавила, епископ Антиохийский. Он был ревностным христианином, не отрекся от веры даже под пытками и был казнен в 251 году. Благодаря почитанию этого святого имя попало в святцы и получило распространение на Руси.

Фамилия образована по типичной восточнославянской модели: к основе Вавилих- добавился суффикс -ин, указывающий на принадлежность. Суффикс -их- в основе — характерная черта северных и северо-восточных русских говоров (например, архангельских, вятских, пермских). В этих регионах женские прозвища и имена на -иха были широко распространены, а затем от них образовывали фамилии. Вавилиха — это либо жена или вдова человека по имени Вавила, либо ласкательная форма самого имени. Соответственно, Вавилихин буквально означал «сын Вавилихи» или «потомок того, кого звали Вавилихой».

Таким образом, предок современных Вавилихинных, скорее всего, жил в северной или северо-восточной части России, и его отца или его самого в быту называли Вавилихой. Такая модель образования фамилий (через женскую форму на -иха) встречается реже, чем стандартные патронимы на -ов/-ев или -ин, что делает фамилию Вавилихин заметной среди однокоренных — Вавилов, Вавилин, Вавулин. В отличие от них, Вавилихин прямо указывает на прозвищную или семейную традицию, характерную для определённых диалектных зон.