Фамилия Зыльков — одна из тех, где корень ясен, а точное значение теряется в диалектной глубине. Основа — «зыль» или «зыля». В северных и сибирских говорах «зыля» — это крикун, плакса, капризный ребёнок, а «зылить» — плакать, ныть, канючить. Отсюда же диалектное «зыльный» — плаксивый, надоедливый. Прозвище Зыль, скорее всего, давали человеку с таким характером: не злому, но нудному, вечно недовольному. Впрочем, в других говорах слово могло означать просто «громкий голос» — от «зычный», то есть зыль — тот, кто говорит зычно, громко. Тогда прозвище носило бы иной оттенок: не капризный, а обладающий сильным голосом.

Суффикс -к- в основе «Зыльк-» уменьшительный или уничижительный. Зылько — это уже не просто Зыль, а «Зылька», то есть прозвище могли дать ребёнку или человеку, которого не воспринимали всерьёз. Далее стандартная для восточнославянских фамилий модель: прозвище Зылько → «чей сын?» → Зыльков. Фамилия образована с помощью патронимического суффикса -ов, что типично для русского населения в XVI–XVII веках.

Географически фамилия редкая, но встречается в основном на севере европейской части России и в Сибири — в Архангельской, Вологодской, Кировской областях, а также в бывших северных уездах. Это косвенно подтверждает диалектное происхождение: именно в северных говорах слово «зыля» фиксируется лексикографами. В центральных и южных регионах фамилия почти не встречается, что говорит о её локальном характере.

Сословно носители фамилии — скорее всего, крестьяне или посадские люди. Дворянских родов Зыльковых в истории не отмечено. В писцовых книгах и ревизских сказках XVII–XVIII веков фамилия могла записываться как Зыльков, реже — Зылков (без мягкого знака), что связано с особенностями произношения в северных говорах.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Зылев, Зылин, Зыль — показывает, что корень «зыл-» продуктивен именно в северной ономастике. Фамилия Зыльков стоит в одном ряду с ними, но отличается уменьшительным суффиксом, что делает её более «бытовой», возможно, указывающей на младшего члена семьи или человека с несерьёзным прозвищем.