Фамилия Вилочкина — женская форма, а её мужской вариант — Вилочкин. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Вилочка. Самая очевидная и распространённая версия связывает его с предметом быта — вилкой. Однако в русском языке слово «вилка» до XVIII века означало не столовый прибор, а раздвоенный конец чего-либо: вилка дороги, вилка у рогов, вилка у сохи. Прозвище Вилочка могли дать человеку с характерной чертой внешности — например, с раздвоенной бородой, сросшимися бровями или даже с пальцами, которые он постоянно растопыривал. В некоторых говорах «вилой» называли вертлявого, изворотливого человека — отсюда и уменьшительное «вилочка» для обозначения непоседы или хитреца.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ин указывает на принадлежность. Вилочкин — значит «сын Вилочки», «из рода Вилочки». Это отчество второго порядка, которое закрепилось как фамилия. Интересно, что фамилия встречается в основном в центральных и южнорусских регионах, а не на севере, что косвенно подтверждает её прозвищное, а не крестильное происхождение — в северных землях дольше сохранялись архаичные формы на -ых.

Есть и более редкая версия: от уменьшительной формы крестильного имени Вил — сокращения от Вильгельм или Владислав. Но в русской крестьянской среде такие имена были редкостью, поэтому бытовое прозвище выглядит правдоподобнее. В любом случае, носитель фамилии Вилочкин — потомок человека, которого в деревне знали по какой-то заметной особенности или повадке, связанной с образом раздвоенности или проворства.