Фамилия Вилкина образована от прозвища Вилка. В основе лежит слово «вила» или «вилка» — орудие в виде развилья, используемое в разных ремёслах. Чаще всего вилы были инструментом крестьян при сельскохозяйственных работах, но применяли их и горняки. Прозвище Вилка указывало на род занятий человека: так могли назвать и крестьянина, и рудокопа. Со временем потомок человека с таким прозвищем получил фамилию Вилкина.

Интересно, что фамилия закрепилась в форме с суффиксом -ин, а не с более распространённым -ов. Суффикс -ин в русских фамилиях обычно указывает на принадлежность к лицу женского рода или на происхождение от существительного, оканчивающегося на -а/-я. Здесь основа «Вилк-» (от «Вилка») закономерно дала именно вариант Вилкин (в женском роде — Вилкина). Если бы прозвище звучало как «Вилко», фамилия скорее была бы Вилков.

Встречаются и однокоренные фамилии — Вилков, Вилковский, но Вилкина — одна из самых прямых: она буквально означает «дочь или жена Вилки». В документах XVII–XVIII веков можно найти упоминания крестьян и посадских людей с прозвищем Вилка в северных и центральных губерниях России, что подтверждает связь фамилии с бытовым ремеслом, а не с дворянским сословием.