Фамилия Богомиль — редкий случай, когда в основе лежит не прозвище или профессия, а напрямую имя собственное, причем имя не каноническое, а дохристианское, славянское. В древнерусской антропонимике было принято давать детям «мирские» имена в обход крестильных, и Богомил — одно из них. Оно составное: «бог» и «мил» (от «милый», «любимый»). Прямое значение — «любимый Богом» или «милый Богу». Такое имя мог получить ребенок, которого родители считали даром свыше, особенно если он родился после долгого бесплодия или тяжелой болезни.

Фамилия образована по типичной модели: от полной формы имени Богомил отсекли окончание и добавили суффикс принадлежности. Но какой именно суффикс — неочевидно. Встречаются два варианта написания: Богомиль и Богомилов. Первый вариант — это застывшая форма имени в именительном падеже, что характерно для украинской и белорусской традиции, где фамилии часто оканчиваются на согласный: Шевченко, Коваль, Богомиль. Второй вариант — Богомилов — это уже русская патронимическая модель с суффиксом -ов, означающая «сын Богомила». Обе формы восходят к одному корню, но указывают на разную географию: Богомиль скорее встретишь на западе, Богомилов — в центральной России.

Спорный момент — возможная связь с богомилами, средневековым религиозным движением на Балканах. Гипотеза слабая: ересь богомилов не имела прямого распространения на Руси, а фамилия явно образована от личного имени, а не от названия секты. Если бы предок был богомилом, его бы скорее прозвали «Богомил» или «Богомильский», но не «Богомилов». Поэтому версия с именем — единственная правдоподобная.

Социальный контекст: имя Богомил не было аристократическим. В дошедших до нас источниках (например, в новгородских берестяных грамотах) оно встречается у крестьян и ремесленников. Значит, носители фамилии — потомки людей из непривилегированных сословий, живших в основном на западе и юго-западе Руси. Встречаемость фамилии сегодня крайне низкая, что делает её своеобразным маркером: если человек носит фамилию Богомиль, он почти наверняка происходит из небольшого региона, где имя сохранилось в устной традиции дольше, чем в других местах.