Фамилия Двилева — женская форма фамилии Двилев, и её происхождение сразу ставит перед исследователем вопрос: что за основа «Двил-»? В русском языке такого слова нет, и это указывает на то, что корень, скорее всего, иноязычный или диалектный.

Самая вероятная версия связывает фамилию с литовским или белорусским корнем. В литовском языке есть слово "dvylys" — «двойня», «близнец». В белорусских говорах встречается прозвище «Двiля» — так могли назвать человека, родившегося двойней, или того, кто был похож на своего брата-близнеца как две капли воды. Суффикс -ев в фамилии Двилев типичен для русской модели образования от прозвищ на мягкий согласный: Двиль → Двилев, то есть «сын Двиля». Соответственно, Двилева — «жена или дочь Двилева».

Менее распространённая, но возможная версия — отглагольная. В некоторых русских диалектах (особенно псковских и смоленских, где сильно литовское влияние) глагол «двилить» мог означать «медлить, мешкать, делать что-то нерешительно». Прозвище Двиля тогда получал человек медлительный или нерасторопный. Однако эта гипотеза слабее, так как фиксации такого глагола в литературном языке нет, а в диалектах он крайне редок.

Географически фамилия Двилев (и Двилева) встречается в основном на западе России — в Смоленской, Брянской, Псковской областях, а также в Беларуси и на востоке Литвы. Это регионы исторического смешения славянских и балтских языков, где прозвища литовского происхождения не редкость. По сословной принадлежности предки Двилевых могли быть крестьянами или мещанами — фамилия не дворянская, без характерных суффиксов -ский или -инов, указывающих на знатное происхождение.

Интересная деталь: фамилия Двилев близка по модели к более известной фамилии Двинский, но если Двинский явно отсылает к реке Западная Двина, то Двилев — к личному прозвищу, а не к топониму. Встречаются также варианты написания Двилёв (с ударением на ё), что не меняет сути, но подчёркивает народное произношение.