Фамилия Вылгина — женская форма, а мужская, Вылгин, образована с помощью самого распространённого русского суффикса -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — «сын Вылги» или «внук Вылги». Основа фамилии — прозвище или нецерковное имя Вылга. С этим корнем в русской ономастике есть некоторая неоднозначность, но одна версия выглядит убедительнее других.

Самое вероятное объяснение: Вылга — это диалектный вариант слова «выльга», которое в северных и сибирских говорах означало «плут», «пройдоха», «хитрый человек». В. И. Даль фиксирует глагол «выльнуть» — «увернуться, отделаться хитростью». Соответственно, прозвище Вылга давали человеку ловкому, изворотливому, умеющему выкрутиться из любой ситуации. В крестьянской среде такое качество могли оценивать по-разному: и как похвалу за смекалку, и как неодобрение за нечестность.

Менее распространённая гипотеза связывает фамилию с гидронимом — рекой Вылгой, притоком Онеги в Архангельской области. В этом случае фамилия могла возникнуть у выходца с берегов этой реки: «Вылгин» — «житель с Вылги». Однако для русских фамилий более типично образование от прозвища, чем от названия реки, тем более что Вылга — не слишком крупный и широко известный топоним.

Суффикс -ин указывает на то, что фамилия сформировалась в среде, где не было дворянского «-ский» и не использовалась модель на «-ов» (характерная для многих великорусских фамилий). Вылгины — это, скорее всего, потомки крестьян или посадских людей из северных или центральных губерний России. Фамилия редкая, в дореволюционных справочниках встречается эпизодически, в основном на Русском Севере и в Поволжье. Сегодня её можно найти в Вологодской, Архангельской и Кировской областях.