Фамилия Хмыловы образована от прозвища или нецерковного имени Хмыл, а тот корень, в свою очередь, восходит к диалектному слову «хмыл». В разных говорах у него два основных значения, и оба вполне могли стать основой для фамилии. Первое — «обманщик, плут, хитрый человек». Второе, менее известное, — «задумчивый, угрюмый, молчаливый человек». В этом смысле слово «хмылый» означало «скрытный, себе на уме». Какое из значений сработало в конкретном случае, сейчас сказать невозможно, но оба не были оскорбительными — скорее меткими бытовыми характеристиками.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ов присоединился к основе Хмыл, указав на принадлежность потомков человеку с таким прозвищем. То есть Хмыловы — буквально «дети Хмыла». Такая патронимическая модель в XVI–XVII веках закрепилась за крестьянским и мещанским сословиями, а позже стала самой распространённой в России.

Интересно, что фамилия не слишком частая, но имеет чёткую географическую привязку. По данным переписей и метрических книг, Хмыловы исторически концентрировались в северных и центральных губерниях: особенно много их было в Вятской (ныне Кировская область), Костромской и Вологодской. В этих краях диалектное слово «хмыл» было в ходу, а значит, прозвище могло возникнуть независимо в разных крестьянских родах. Поэтому современные носители фамилии, скорее всего, не состоят в близком родстве друг с другом — это несколько разных ветвей, объединённых общим прозвищным корнем.

В написании фамилии возможен вариант Хмылов (без окончания -ы во множественном числе, когда речь об одном человеке). Форма «Хмыловы» — это традиционное обозначение всего рода или семьи. В дореволюционных документах встречается и ударение на первый слог — Хмылов, и на второй — Хмылов. Первый вариант считается более старым, соответствующим логике прозвища: Хмыл — Хмылов.

Никакой связи с украинским или польским языком, вопреки догадкам, у фамилии нет. Это чисто русская северная фамилия, образованная от живого народного слова, которое сейчас почти вышло из употребления.