Фамилия Затыльников образована от прозвища Затыльник. Основа здесь прозрачная — «затылок», задняя часть головы. Но прозвище могло возникнуть по-разному. Самое прямое объяснение: человека так прозвали из-за привычки ходить, задрав голову, или из-за того, что он часто получал удары по затылку. Второй вариант — прозвище дали по месту жительства: «за тыном», то есть за изгородью, на отшибе. В говорах слово «затыльник» означало и «загривок», и «задник у обуви», и даже «затыльник» как часть ружья или инструмента. Кем был первый носитель — сказать трудно, но прозвище явно бытовое, не книжное.

С точки зрения словообразования, фамилия типична для восточнославянской модели: основа на согласный плюс суффикс -ник, затем патронимический суффикс -ов. То есть Затыльников — буквально «сын Затыльника». Суффикс -ник в прозвищах часто указывал на человека по характерному признаку или действию: ср. Молчальник, Гуляльник, Бездельник. Здесь та же логика — человек, которого выделили по связи с затылком.

Географически фамилия редкая. По данным переписей и телефонных справочников, Затыльниковы встречаются в основном в центральных и южных областях России — Воронежской, Ростовской, Волгоградской, а также на Кубани. Встречается и в Белоруссии, что неудивительно: слово «затыльник» известно в белорусских говорах. Распространение неширокое, фамилия не входит в сотни самых частых, но и не исчезла.

В ономастической литературе фамилия не описана подробно, но её можно сравнить с однокоренными: Затылков, Затылкин, Затыльный. Затыльников отличается от них именно суффиксом -ник, который придаёт прозвищу оттенок постоянного свойства или занятия. Если Затылкин мог быть просто человеком с большим затылком, то Затыльников — скорее тот, кто «затыльничает», то есть постоянно ходит с задранной головой или живёт за тыном.

В дореволюционных источниках фамилия не засветилась в дворянских родословных — это крестьянская или мещанская фамилия, скорее всего, из однодворцев или государственных крестьян. Никаких громких исторических личностей с этой фамилией не известно, что для рядовой фамилии нормально. Её ценность — в сохранении живого народного слова, которое сегодня почти вышло из употребления.