Фамилия Вавилкин — один из тех случаев, когда написание через «а» в первом слоге закрепилось в документах, хотя по происхождению она связана с именем Вавила. Встречающийся вариант «Вивилкин» — результат акающего произношения, когда безударное «а» слышится как «и»; на письме его фиксировали неграмотные или малограмотные писцы. В современном употреблении нормативным считается написание с буквой «а».

В основе фамилии лежит народная форма Вавилка от крестильного имени Вавила. Это имя пришло на Русь вместе с христианством и восходит к арамейскому слову, которое переводят как «ворота Бога» или «житель Вавилона». Церковь почитает святого великомученика Вавилу — епископа Антиохийского, погибшего за веру в III веке. В святцах имя было, поэтому его давали при крещении, а в быту оно сокращалось до уменьшительных форм вроде Вавилка.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Вавилкин буквально означал «сын Вавилки» или «человек из рода Вавилки». Такая модель — одна из самых распространённых в русских фамилиях: к основе на -а или -я добавляли -ин, а к основам на согласный — -ов/-ев.

Фамилия не относится к числу очень частых. В дореволюционных переписях её носители встречались в центральных губерниях России, особенно в Рязанской и Тамбовской, где было много крестьянского населения, носившего «простые» патронимические фамилии. Среди известных людей с фамилией Вавилкин нет громких исторических фигур, что типично для фамилий, образованных от народных форм канонических имён: их носителями были в основном крестьяне и мещане.

Таким образом, фамилия Вавилкин — это отчество в чистом виде, закрепившееся в роду потомков человека, которого в быту звали Вавилкой.