Фамилия Долбилов образована от прозвища Долбило, которое, скорее всего, получил человек с упрямым или недалёким умом — того, кому нужно «долбить», «вдолбить» в голову. Однако у глагола «долбить» есть и прямое, ремесленное значение: пробивать, вбивать, обрабатывать дерево. Поэтому Долбилом могли прозвать плотника или работника, который постоянно долбил долотом.

В «Толковом словаре живого великорусского языка» В. И. Даля слово «долбило» зафиксировано именно как орудие для долбления. Эта двойственность — прозвище по характеру или по профессии — типична для русских нецерковных имён, где одно слово могло описывать и внешнюю черту, и род занятий.

Исторические документы подтверждают, что фамилия и её основа бытовали в Новгородской и Арзамасской землях. В частности, в работах С. Б. Веселовского упоминаются: Долбилов Иван Афанасьевич (конец XV века, Новгород), Афанасий Павлович (1592 год, Арзамас) и Миленя Долбилов, помещик (1590 год, Арзамас). Эти записи показывают, что уже в XV–XVI веках Долбиловы были не просто крестьянами, но и землевладельцами.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: потомок человека по прозвищу Долбило стал Долбиловым. Интересно, что в отличие от фамилий, образованных от канонических имён, эта сохранила прямую связь с живым, бытовым прозвищем — без посредства крестильного имени.