Фамилия Камильчу — редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение почти наверняка не связано с исконно русскими корнями. Если отбросить маловероятные гипотезы о происхождении от имени Камиль (арабское «совершенный»), то ключ к разгадке лежит в суффиксе -чу. В русских фамилиях такой суффикс практически не встречается, зато он характерен для молдавской и румынской модели образования фамилий (ср. популярные Шойгу, Антонеску, Крянгэ). Суффикс -чу (или -еску) указывает на принадлежность к роду: буквально «сын такого-то» или «из семьи такого-то». Таким образом, основа «Камиль» — это, скорее всего, личное имя или прозвище родоначальника.

Наиболее правдоподобная версия: фамилия Камильчу имеет молдавские или румынские корни и образована от имени Камил (в румынском варианте Camil). Это имя, в свою очередь, восходит к латинскому Camillus — древнеримскому родовому прозвищу, которое носили юноши, помогавшие жрецам при жертвоприношениях. В Молдавии и на юго-западе Украины (Бессарабия, Буковина) такие фамилии на -чу широко распространены. Носители фамилии, вероятно, происходят из этих регионов, а их предок, носивший имя Камил, дал начало роду Камильчу.

В русской среде фамилия могла появиться в результате миграции или смешанных браков, а её написание через мягкий знак (Камильчу, а не Камилчу) — это либо адаптация к русской орфографии, либо след украинского произношения, где «л» перед согласным часто смягчается. Сословно фамилия не указывает на дворянство или духовенство — скорее всего, её носили крестьяне или мещане, переселившиеся из молдавских земель в центральные губернии Российской империи в XIX веке. Других версий, подкреплённых ономастикой, для этой фамилии нет: попытки связать её с тюркским «камиль» (знающий Коран) разбиваются о грамматику, так как тюркские фамилии обычно образуются с помощью суффиксов -ов/-ев или -оглу.