Фамилия Чагилов — одна из тех, где за привычным русским суффиксом -ов скрывается неочевидная основа. Если отбросить окончание, остаётся Чагил. В русском языке такого слова нет, и это сразу подсказывает, что корень, скорее всего, тюркский.

Самый вероятный источник — тюркское личное имя Чагил (или Чагал). В тюркских языках, особенно в башкирском, татарском, казахском, слово «чагыл» означает «молния», «блеск», «сверкание». Имя с такой семантикой давали ребёнку как пожелание быстроты, яркости, неожиданной силы — быть «быстрым как молния». Фамилия Чагилов, таким образом, образована по русской патронимической модели: от имени отца Чагил — «чей?» — Чагилов, то есть «потомок Чагила».

Суффикс -ов указывает на то, что фамилия сложилась в среде, где уже действовали русские словообразовательные нормы. Чагиловы — это, скорее всего, обрусевшие потомки тюркских народов (татар, башкир, ногайцев), которые перешли на русский язык и приняли православие, но сохранили родовое имя в качестве фамилии. Таких примеров в Поволжье и на Урале множество: от Абдуловых до Якуповых.

Встречается и менее распространённая версия — от диалектного слова «чагиль» (или «чегиль»). В некоторых южнорусских говорах так называли частый кустарник, заросли, а в казачьей среде — особый вид плетня. Если это так, то прозвище Чагил могли дать человеку, жившему в густых зарослях, или мастеру, делавшему такие плетни. Но эта гипотеза слабее: слово «чагиль» в словарях фиксируется редко и локально, а вот тюркское имя Чагил — известный антропоним.

Географически фамилия Чагилов тяготеет к Оренбуржью, Башкортостану, Челябинской области. Встречается она нечасто, что типично для фамилий, образованных от редких имён. В писцовых книгах и ревизских сказках XVIII века Чагиловы — это, как правило, государственные крестьяне, реже — однодворцы южных рубежей России. Дворянских родов с такой фамилией в Гербовнике нет, что тоже подтверждает её «простое» происхождение.