Фамилия Жилкоя — редкая и по своему строению необычная. Она явно не укладывается в стандартные модели русских фамилий на -ов/-ев, -ин или -ский. Её окончание -оя наводит на мысль, что перед нами либо украинская, либо польская фамилия, причём скорее всего — субстантивированное прилагательное в женском роде. В украинской ономастике есть целый ряд фамилий с таким окончанием: Гладкоя, Кривоя, Сухоя. Они образованы от прозвищ-прилагательных, которые закрепились за человеком и со временем стали фамилией. В польском языке подобные формы тоже встречаются, но чаще в мужском варианте на -oj.

Основа фамилии — «жилк» — скорее всего, восходит к слову «жила». В русских и украинских говорах «жилой» называли худого, жилистого человека, а «жилка» — уменьшительное от «жила», то есть «тонкий, сухой, но выносливый». Прозвище Жилка могли дать человеку с заметными венами на руках или ногах, либо тому, кто был очень худ, но силён. Не исключена и профессиональная версия: в некоторых диалектах «жилой» называли рудокопа или человека, работающего в шахте (от «жила» — рудная прожилка). Тогда Жилкоя — это «тот, кто работает в жиле» или «человек из жилы».

Версия с украинским происхождением подкрепляется географией. Фамилия Жилкоя встречается в основном на западе Украины и в приграничных районах Польши. В России она практически не зафиксирована, что делает её локальной и довольно редкой. Если искать однокоренные фамилии, то в русском языке есть Жилкин, Жилин, Жилов — все они образованы от тех же корней, но с другими суффиксами. Жилкоя стоит особняком: её окончание — это не суффикс, а застывшее окончание прилагательного, которое в украинском языке могло быть формой именительного падежа женского рода (например, «жилка Оля» — сокращение до «Жилкоя» маловероятно, но теоретически возможно).

Таким образом, предок носителя фамилии Жилкоя, скорее всего, был украинцем или поляком, которого в деревне прозвали Жилка — за худобу, выносливость или работу в шахте. Фамилия закрепилась в форме прилагательного и перешла по наследству, сохранив своё редкое окончание.