Фамилия Антилогов — одна из тех, что стоят особняком в русском ономастиконе. Её происхождение связывают не с бытовым прозвищем или профессией, а с книжной, искусственной традицией образования фамилий, что сразу выделяет её из ряда типичных русских родовых имён.

Наиболее вероятная версия возводит основу фамилии к имени героя античного эпоса Антилоха. У Гомера Антилох — ближайший друг Ахилла после Патрокла, прославленный быстротой в беге и искусством боя. В «Илиаде» именно он получает второй приз в похоронных играх в честь Патрокла, и Ахилл с хвалой вручает ему награду. В античной традиции Антилох стал образцом сыновней любви и преданности. От этого имени путём прибавления суффикса -ов и была образована фамилия Антилогов.

Почему именно «Антилогов», а не, скажем, «Антилохов»? Это объясняется особенностью словообразования. В русской традиции фамилии от имён на -х (Антилох) нередко теряли этот звук в основе, переходя в более привычную форму. Аналогичный процесс мы видим в фамилиях от имён Варфоломей (Варфоломеев) или Пантелей (Пантелеев). Кроме того, существует параллель с фамилией Розов: она образована от нарицательного «роза» (женского рода) с помощью суффикса -ов, хотя по правилам этот суффикс присоединяется к словам мужского рода. Так и здесь: греческое имя Антилох дало форму Антилогов, а не Антилохов, по аналогии с другими заимствованными именами.

Менее вероятно, но не исключено, что в основе фамилии лежит непосредственно имя предка — Антилог. Оно могло быть фонетическим вариантом не вошедшего в святцы имени Антилох, которое предположительно переводится с греческого как «противостоящий опасности». В любом случае, фамилия Антилогов не могла возникнуть в крестьянской или купеческой среде — её носителями, скорее всего, были люди, получившие образование в духовных семинариях, где в XVIII–XIX веках было принято давать «искусственные» фамилии по именам античных героев, библейских персонажей или по названиям растений и городов. Таким образом, Антилоговы — это потомки, вероятно, выходцев из духовного сословия, чья фамилия стала данью уважения к античной культуре.