Фамилию Качилова чаще всего выводят из тюркского прозвища или имени Качил. В основе лежит тюркский глагол «кач» — «убегать, спасаться бегством». В татарском, башкирском и других тюркских языках «качкын» означает «беглец», «качкыч» — «убежище». Прозвище Качил могли дать человеку, который однажды спасся от плена, бежал из опасной ситуации или, напротив, имел привычку уклоняться от обязанностей. В ономастике зафиксирована и фамилия Качков с тем же корнем.

По словообразовательной модели фамилия принадлежит к самому распространённому в России типу на -ов/-ева. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Качилов, то есть сын или потомок Качила. Окончание -а — женский вариант фамилии, закрепившийся в документах.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с прозвищем от диалектного глагола «качать» — «качать, колыхать». В некоторых говорах «качило» называли качели или приспособление для качания люльки. Тогда Качилов — сын человека, делавшего качели, или того, кого прозвали за походку вразвалку. Однако эта версия слабее: фамилии от «качать» обычно образуются через «Качалов», а написание через «и» указывает скорее на тюркский источник.

Географически фамилия Качилова встречается в Поволжье, на Урале и в Сибири — регионах, где веками соседствовали русские и тюркские народы. В метрических книгах XIX века она фиксируется в Казанской, Пермской и Оренбургской губерниях. Это не дворянская фамилия: её носителями были крестьяне, мещане, ремесленники. Сословная принадлежность предков — обычная для фамилий тюркского происхождения, которые не попали в «Бархатную книгу» русского дворянства.

Единого написания в прошлом не было: в архивных записях встречаются варианты «Качиловъ», «Кочилов», «Качелов». Современная орфография закрепилась после реформы 1918 года.