Фамилия Железкин образована от прозвища Железка. В основе — слово «железо», то есть твердый ковкий металл. Прозвище чаще всего давали человеку по роду занятий: предок мог работать на металлургическом заводе или быть кузнецом. Но не исключено, что прозвище носило иной, более личный смысл — так могли назвать человека с твердым, «железным» характером.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: суффикс -ин указывает на принадлежность. Железкин — буквально «сын Железки» или «человек из рода Железки». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ и личных имен, оканчивающихся на -а или -я.

Редкость этой фамилии в том, что она не перешла в более массовую форму Железнов, хотя обе образованы от одной основы. Железнов — от прилагательного «железный» (человек с железным характером или кузнец), а Железкин — напрямую от прозвища Железка. Обе фамилии существуют параллельно, но Железкин встречается реже, что делает её более локальной и, возможно, связанной с конкретным родом или местностью.

С точки зрения географии, фамилия Железкин чаще встречается в центральных и южных регионах России, где исторически были развиты кузнечное дело и мелкая металлообработка. В дореволюционных переписях носители фамилии фиксировались среди крестьян и мещан, что подтверждает её «ремесленное» происхождение. Дворянских родов с такой фамилией не известно — она осталась в народной среде.