Фамилия Добромилов — редкий пример, когда славянское имя с корнем «добро» закрепилось в полной, не усечённой форме. В отличие от распространённых Добровых, Добрыниных или Доброхотовых, здесь основа — не прозвище, а личное имя Добромил. Это двухосновное имя, типичное для дохристианской славянской традиции: «добро» (благо, доброта) + «мил» (милый, любимый). Вместе получается «милый добром» или «тот, кто дорог своей добротой». Такие имена давали как обереги, желая ребёнку мягкого нрава и благополучной судьбы.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: Добромилов — буквально «сын Добромила». Фамилия образована от полной формы имени, а не от уменьшительной (вроде Добрыня или Добрик), что говорит о сравнительно позднем закреплении — скорее всего, в XVII–XVIII веках, когда в документах уже фиксировали полное крестильное или нецерковное имя.

Географически фамилия встречается редко и рассеяна. Наибольшая концентрация — в центральных областях России (Тверская, Ярославская, Костромская губернии), откуда вышли старообрядческие и крестьянские роды, державшиеся старых имён. Встречается Добромилов и на Урале — туда фамилию могли занести переселенцы-староверы, бежавшие от реформ Никона.

Словообразовательная модель любопытна ещё и тем, что имя Добромил почти не дало производных фамилий. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» Добромилов не упоминается в основном корпусе — это говорит о его редкости. Сравните с десятками фамилий от Добрыни (Добрынин, Добрынкин) или от Доброва (Добров, Добровольский). Добромилов стоит особняком: это не «народная» переделка церковного имени, а прямой след дохристианского именослова, который в быту сохраняли до XIX века.

Сословно носители фамилии — в основном крестьяне и мещане. Дворянских родов Добромиловых не зафиксировано. Встречаются единичные упоминания в духовном сословии, но без массовости. Так что перед нами фамилия, которая не «выбилась в люди» в смысле титулов, но сохранила архаичную, почти былинную основу — имя, которое звучит как пожелание.