Фамилия Вилочкины — редкий пример, когда внешне прозрачная форма скрывает сразу несколько возможных значений. На первый взгляд, основа «вилочк-» ясно указывает на уменьшительное от слова «вилка». Но в русских говорах и ремёслах это слово имело разный смысл.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Вилочкин — сын Вилочки. Само прозвище Вилочка могло возникнуть в среде ремесленников, изготавливавших столовые приборы. Однако в диалектах вилкой называли не только столовый предмет, но и развилку дорог, разветвление ручья, а также часть ткацкого станка или сохи. Поэтому предок Вилочкиных мог жить на перекрёстке, работать кузнецом по мелким металлическим изделиям или быть ткачом. В некоторых областях «вилочками» называли пальцы рук, и прозвище могло характеризовать человека с длинными или цепкими пальцами — например, хорошего мастера.

Менее вероятна, но возможна связь с нецерковным именем Вилка, которое фиксировалось в древнерусских документах. В таком случае фамилия образована по той же модели, что и Федькин или Петькин: от краткой формы имени через суффикс -к-.

Фамилия очень редкая. Встречается в основном в центральных областях России, единичные носители — в Поволжье. Сословной привязки нет: Вилочкины могли быть и крестьянами, и мещанами. В дворянских родословных книгах фамилия не значится — это однозначно поздняя, крестьянская или посадская фамилия, сложившаяся не раньше XVII века.