Фамилия Кирилов — одна из тех, что образованы от полной формы крестильного имени. В её основе лежит имя Кирилл, которое пришло на Русь из греческого языка. В переводе с греческого «Кирилл» означает «маленький господин» (от слова «kyrios» — господин, владыка). Имя было широко распространено в среде духовенства и простых людей, поэтому фамилия встречается повсеместно.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе имени (Кирилл) добавили суффикс принадлежности -ов. Форма Кирилов (с одним «л») — исторически правильная, так как в безударной позиции двойная согласная часто упрощалась. Второе «л» вернулось в написание фамилии уже под влиянием книжной нормы, отчего появился и вариант Кириллов. Оба варианта существуют в русской ономастике, и тот, что с одной буквой «л», не считается ошибкой — он отражает живую народную традицию произношения.

По суффиксу -ов можно определить, что фамилия сформировалась в центральных и северных регионах России, где эта модель была основной. На юге и западе чаще встречались фамилии на -енко или -ук. Если предки носителя фамилии Кирилов были крестьянами или мещанами, то фамилия закрепилась за ними в XVIII–XIX веках, когда массово присваивались отчества в качестве родовых имён. В среде духовенства фамилия могла появиться раньше — по имени святого покровителя.

Однокоренные фамилии — Кириллов, Кириленко, Кирильчук, Кирилюк — различаются только суффиксами, указывающими на регион или социальную среду. Но Кирилов — самая прямая и древняя форма, без дополнительных наращений. Встречается она и у дворянских родов, например, у однодворцев, которые несли сторожевую службу на южных рубежах Московского государства.