Фамилия Хилло — редкая и неочевидная для русского уха. С первого взгляда её можно принять за иноязычную, и это предположение, скорее всего, верно. В исконно русских фамилиях почти не встречается двойная «л» на конце, а суффикса «-о» в прозвищной модели без патронимического окончания почти не бывает. Поэтому главная версия — фамилия не русская, а западноевропейская, скорее всего, финская или эстонская.

В финском и эстонском языках слово «hillo» означает «варенье» или «джем». Фамилия могла возникнуть как прозвище сладкоежки, кондитера или человека, занимавшегося заготовкой ягод. В прибалтийско-финской ономастике такие «вкусные» фамилии встречаются, хотя и не массово. Другая возможная основа — личное имя или топоним: в Финляндии есть несколько мелких хуторов с названием Hillo, и фамилия могла образоваться от названия места жительства.

В русском контексте фамилия Хилло могла появиться через обрусевших потомков ингерманландских финнов или эстонцев, переселившихся в Петербургскую губернию, а затем в другие регионы. Встречается она и у карелов. Суффиксальной обработки (прибавления -ов, -ин) она не получила, что говорит о позднем закреплении или о сохранении оригинальной формы.

Иногда в русских говорах «хилый» звучало как «хилло» — в диалектах с аканьем и редукцией, но это скорее народная этимология. Письменные источники XVIII–XIX веков фиксируют фамилию Хилло в метрических книгах лютеранских приходов Петербурга, что подтверждает её прибалтийско-финское происхождение.

По сословной принадлежности носители фамилии были в основном крестьянами и мещанами, реже — мастеровыми. Известных исторических личностей с этой фамилией не зафиксировано, что типично для редкой ономастической единицы. Сегодня фамилия Хилло встречается в России единично, в основном на северо-западе и в Карелии, а также в Эстонии и Финляндии.