Фамилия Килилова — женская форма от мужской фамилии Килилов. Её основа, скорее всего, восходит к тюркскому имени или прозвищу. В тюркских языках корень «кил» означает «приходить» или «прибывать», а в некоторых диалектах — «делать». Но более вероятно, что в основе лежит имя Килил — вариант имени Халиль (в переводе с арабского «друг», «близкий друг»), которое было распространено у народов, исповедующих ислам, в частности у татар и башкир.

Суффикс -ов/-ев указывает на типичную русскую модель образования фамилий от иноязычных основ: сначала от имени Килил (или прозвища Килил) образовали притяжательное прилагательное «Килилов сын», а затем оно закрепилось как фамилия. Таким образом, первый носитель фамилии мог быть сыном человека по имени Килил или получить прозвище за некое качество, связанное с глаголом «килить» (в русских говорах — «бить», «колотить», но это значение менее вероятно для фамилии, так как оно встречается редко и локально).

Географически фамилия Килилова встречается в регионах с давним татарским или башкирским населением — в Поволжье, на Урале, в Западной Сибири. В некоторых случаях возможна и другая версия: фамилия могла возникнуть от названия населенного пункта вроде Килилово (если такой существовал), но документальных подтверждений этому нет. В любом случае, это редкая фамилия с явным восточным следом, что выделяет её на фоне более массовых русских фамилий.