Фамилия Агитольев — редкий случай, когда основа явно не славянская, а тюркская или арабско-тюркская. Если отбросить фамильный суффикс -ев, остаётся корень «Агитоль». В нём угадывается два компонента: «аги» (от тюркского «ага» — господин, старший, почтенный человек) и «толь» (или «тол»). Второй элемент может восходить к тюркскому «толы» — полный, совершенный, либо к арабскому «тол» (долгота, изобилие). Таким образом, Агитоль — сложное имя-пожелание вроде «полный достоинства» или «совершенный господин». Встречаются параллельные формы — Агитолин, Агитолов, что подтверждает живую словообразовательную модель.

Суффикс -ев указывает на патронимический способ образования: Агитольев — «сын Агитоля». В русской традиции так оформляли фамилии от имён, прозвищ или профессий, оканчивающихся на мягкий согласный. Сам корень не даёт оснований связывать фамилию с каким-либо ремеслом или географическим названием — это личное именование, скорее всего, данное при рождении.

Вероятнее всего, фамилия сформировалась в среде крещёных татар, башкир или представителей других тюркских народов Поволжья и Приуралья, где арабские имена через исламскую традицию смешивались с местными наречиями. После принятия православия такие имена превращались в фамилии по русской модели. Встречается Агитольев и среди казаков — возможно, след миграций тюркских родов на южные рубежи России.

Других версий происхождения, заслуживающих серьёзного рассмотрения, нет. Связывать фамилию с «агитацией» или «агиткой» — ошибка: в русском языке слово «агит» появилось только в XX веке, а фамилия явно старше. В ономастических справочниках (например, у Б. Унбегауна) фамилия не упоминается — это говорит о её локальном и малочисленном бытовании.