Фамилия Арафайлов — редкий случай, когда прозвищное имя, лёгшее в основу, почти не встречается в современных документах, а сама фамилия звучит так, будто её принесли с собой переселенцы из другого языкового ареала. Суффикс -ов указывает на классическую русскую патронимическую модель: Арафайлов — это «сын Арафая» или «потомок человека по прозвищу Арафай».

Самое правдоподобное объяснение корня лежит в тюркских языках. Слово «араф» или «арап» в ряде тюркских диалектов означало «араб», «чернокожий», «смуглый», а также могло относиться к человеку с тёмными волосами и кожей. Форма «Арафай» — это русифицированный вариант с типичным для тюркских имён аффиксом -ай (ср. Алтай, Каратай, Толтай). Таким образом, основатель рода мог получить прозвище Арафай за внешность или, что реже, за торговые связи с южными народами. Версия о происхождении от арабского имени Арафат (название горы и дня стояния на ней в хадже) менее вероятна: в русской среде имя Арафат почти не фиксируется, а переход «т» в «й» на конце для фамилий на -ов нехарактерен.

Географически фамилия Арафайлов тяготеет к югу России и Поволжью, где столетиями шло смешение славянского и тюркского населения. В дореволюционных переписях она встречается в основном в казачьих областях (бывшая Область Войска Донского, Оренбуржье) и в губерниях с татарским влиянием. Это косвенно подтверждает гипотезу: прозвище давали не в центральной России, а на окраинах, где контакты с тюрками были повседневностью.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ов присоединён к основе «Арафай», которая сама по себе является полным прозвищем. В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), здесь работает правило мужского рода с твёрдым окончанием. Фамилия не подверглась переосмыслению в народной этимологии — её не «исправили» в Арапов или Арафьев, что говорит о достаточно поздней фиксации (XIX век) и узком круге носителей.

Сведений о сословной принадлежности Арафайловых нет, но по косвенным признакам — редкая фамилия, южный ареал, тюркская основа — можно предположить, что предки были либо государственными крестьянами, либо казаками. Дворянских родов с такой фамилией в гербовниках не значится.