Фамилия Ампилогов образована от разговорной формы крестильного имени Амфилохий. В основе лежит народный вариант Ампилог — упрощение, которое возникло в живой речи. Имя Амфилохий греческого происхождения: его складывали из слов «амфи» (вокруг) и «лохос» (засада). Такое имя в православных святцах носил, например, святой Амфилохий Иконийский, сподвижник Василия Великого.

Суффикс -ов в фамилии Ампилогов указывает на принадлежность: «сын Ампилога». Модель типична для русских фамилий, появившихся после отмены крепостного права в среде крестьян и рабочих. Скорее всего, предки носителей фамилии были выходцами именно из этих сословий — форма Ампилог звучит простонародно, в отличие от книжного Амфилохий, которое оставалось уделом духовенства.

Интересно, что фамилия сохранила редкий вариант имени, почти исчезнувший из обихода. Встречается она в основном в центральных и южных регионах России, но массового распространения не получила. По той же модели образованы фамилии Амфилохов, Амфилохиев, однако Ампилогов — самый частый из них, что говорит о прочности именно устной традиции именования.