Фамилия Гамилова — женская форма от Гамилов, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Гамило. Основа здесь — глагол «гамить», который в русских говорах означает «шуметь, кричать, галдеть». Соответственно, Гамилой в старину могли прозвать человека шумного, крикливого, любителя поговорить в голос. Модель образования простая и типичная для русских фамилий: к основе на -а/-я добавляется патронимический суффикс -ов, дающий значение «чей?» — сын Гамилы, потомок Гамилы.

Интересно, что фамилия встречается в двух вариантах ударения: Гами́лова и Га́милова. Первый, с ударением на второй слог, ближе к исходному глаголу «гами́ть» и встречается чаще. Второй вариант, с ударением на первый слог, мог возникнуть под влиянием диалектного произношения или случайной фиксации в документах.

Географически фамилия привязана к северным и центральным областям России. По данным переписей и метрических книг XIX века, Гамиловы чаще всего фиксировались в Вологодской, Архангельской и Костромской губерниях — как раз там, где слово «гамить» было в ходу. В южнорусских говорах этот корень почти не употреблялся, поэтому носители фамилии там — скорее всего, переселенцы с Севера.

Суффикс -ов в фамилии указывает на её относительно позднее оформление — не раньше XVI–XVII веков, когда патронимы на -ов стали массово закрепляться как наследственные фамилии. Само же прозвище Гамило могло возникнуть и раньше, в XV веке, когда личные имена по внешним признакам и поведению были нормой.

Среди однокоренных фамилий — Гамилов, Гамилин, Гамов. Последняя, кстати, может происходить от того же корня, но с усечением суффикса. Встречается также фамилия Гамичев, образованная от Гамич — уменьшительной формы того же имени.