Фамилия Долбилова образована от прозвища Долбило, которое восходит к глаголу «долбить». Исходное слово имело два бытовых значения — прямое («пробивать, вбивать») и переносное («вдолбить в голову», то есть заставить понять). В «Толковом словаре живого великорусского языка» В. И. Даля зафиксировано именно это слово: долбило — орудие для долбления. Следовательно, прозвище Долбило могли дать человеку по роду занятий — плотнику или работнику по дереву. Вторая версия, менее вероятная, связывает прозвище с недалёким умом: того, кому всё нужно «вдалбливать», могли неласково окрестить Долбилом.

Фамилия встречается в исторических документах с XV века. Ономаст С. Б. Веселовский упоминает Долбиловых в Новгороде (Иван Афанасьевич, конец XV века) и в Арзамасе (Афанасий Павлович, 1592 год; помещик Миленя Долбилов, 1590 год). Эти записи показывают, что носители фамилии принадлежали к разным сословиям: среди предков были и крестьяне, и служилые люди, и землевладельцы. Суффикс -ов указывает на типичную модель русских фамилий-притяжательных: Долбилова буквально означает «дочь (или жена) Долбила». Со временем фамилия закрепилась в женской форме, хотя исторически исходной была мужская — Долбилов.

Интересно, что фамилия Долбилова почти не встречается за пределами центральной России: её корни плотно связаны с Новгородской и Нижегородской землями. В отличие от распространённых профессиональных фамилий вроде Кузнецов или Плотников, Долбилова сохранила редкую основу, которая не перешла в разряд нарицательных. Сегодня она может рассказать о том, что предок носителя занимался конкретным ремеслом — долблением дерева, — а не просто был «мастером» без уточнения.