Фамилия Долбиловы (в мужском роде — Долбилов) образована от личного прозвища Долбило. В основе прозвища — глагол «долбить», то есть «пробивать, вбивать». Однако значение у этого прозвища могло быть двойным. Первое — профессиональное: Долбилом могли назвать плотника или работника по дереву, чья работа была связана с выдалбливанием пазов, углублений и отверстий в древесине. Второе — ироническое, основанное на переносном смысле глагола: «долбить одно и то же» или «вдолбить в голову». Так могли прозвать человека упрямого, медленно соображающего или назойливого в поучениях. В «Толковом словаре живого великорусского языка» В. И. Даля это значение также зафиксировано.

Словообразовательная модель фамилии проста и характерна для русского севера и центра: основа прозвища (Долбил-) плюс типичный патронимический суффикс -ов. Фамилия буквально означает «сын Долбилы» или «из рода Долбилы». Суффикс -ил(о) в прозвище — активный, указывает на носителя действия (ср. «зубрило», «горбило»).

Первые письменные упоминания носителей этой фамилии относятся к концу XV–XVI векам и связаны с Новгородом и Арзамасом. В исторических документах, в частности в работах С. Б. Веселовского, встречаются: Иван Афанасьевич Долбилов (конец XV века, Новгород), Афанасий Павлович Долбилов (1592 год, Арзамас) и Миленя Долбилов, помещик (1590 год, Арзамас). Уже в XVI веке фамилия бытовала у разных сословий — от помещиков до крестьян. Это говорит о том, что прозвище было распространено и не закреплялось за какой-то одной социальной группой. Точное место зарождения фамилии не установлено, но новгородско-арзамасский след указывает на её севернорусские или центральные корни, где суффикс -ов был основным способом образования фамилий.