Фамилия Вавилычева — женская форма, а её мужской вариант Вавилычев. В центре фамилии лежит разговорная форма канонического имени Вавила (церковное Вавила). Это имя носил раннехристианский святой, епископ Антиохийский, но в народе его связывали прежде всего с библейским Вавилоном — отсюда и необычное звучание.

Словообразовательная модель проста: к основе Вавил- добавили суффикс -ычев. Суффикс -ыч- в русских фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин, но он характерен для отчеств и фамилий, образованных от имён на твёрдый согласный: Ильич → Ильичев, Кузьмич → Кузьмичев. Здесь тот же случай: Вавила → Вавилыч (отчество) → Вавилычев.

Важно не путать с фамилией Вавилов. Вавилов — от той же основы, но с суффиксом -ов, то есть «сын Вавилы» без промежуточного отчества. Вавилычев же буквально значит «сын Вавилыча», то есть внук или потомок человека, которого звали по отцу Вавилыч. Такая двойная патронимическая модель (отчество стало фамилией) указывает, что предок носителя фамилии был заметным человеком в своей общине — его называли по отчеству, а не по имени.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным регионам России, встречается в Воронежской, Тамбовской, Рязанской областях. В дореволюционных переписях Вавилычевы часто записаны как государственные или экономические крестьяне, реже — как мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что типично для фамилий, образованных от полных форм крестильных имён через отчество.

В написании возможна путаница: в некоторых документах XIX века встречается вариант Вавиличев (под влиянием произношения «и» вместо «ы» после твёрдого согласного). Но нормативное написание — через «ы», так как оно сохраняет связь с исходным отчеством Вавилыч.