Фамилия Кирильцовы образована от имени Кирилец — так на Руси в бытовой речи могли называть человека по имени Кирилл, добавляя уменьшительно-пренебрежительный или, наоборот, фамильярный суффикс -ец. Это неофициальная форма, вроде «Кирилка» или «Киря», но с другим оттенком. В документах XVII–XVIII веков такие варианты встречаются реже, чем полные имена, но именно они часто становились основой для фамилий простых людей — крестьян, посадских, ремесленников. В отличие от фамилий на -ов (Кириллов) или -ин (Кириллин), которые шли напрямую от крестильного имени, Кирильцовы указывают на прозвищную форму, бытовавшую в конкретной семье или местности.

Суффикс -ов в конце фамилии — стандартный патронимический показатель: «сын Кирильца». Такая модель типична для центральной и южной России, где фамилии на -ов доминируют. Если бы фамилия звучала как Кирильцов (без окончания -ы), она бы указывала на одного родоначальника. Форма множественного числа — Кирильцовы — закрепилась в официальных реестрах, когда речь шла о целой семье или роде, например, при переписи или записи в метрические книги. Поэтому носители этой фамилии — потомки человека, которого в быту звали Кирильцем, и их предки, скорее всего, не принадлежали к высшим сословиям: дворянские роды чаще образовывали фамилии от полных форм имени.

Географически фамилия редкая. По данным современных баз, она встречается в основном в центральных областях России — в Тверской, Ярославской, Московской, а также на Урале, куда переселенцы могли принести её в XVIII–XIX веках. В южных регионах, например, в Ростовской области, единичные случаи. В отличие от фамилии Кирильцев (с суффиксом -ев, характерным для мягких основ), Кирильцовы сохранили твёрдое окончание, что указывает на севернорусское или среднерусское происхождение: в диалектах «Кирилец» произносили с твёрдым «ц», а не с мягким.

Спорных версий у фамилии немного. Можно предположить, что основа — не имя, а прозвище от слова «кирил» или «кирилка» в значении «церковный певчий» или «нищий» (в некоторых говорах так называли бродячих монахов). Но это маловероятно: прозвища от имени Кирилл в народной среде были куда распространённее, чем редкие диалектные значения. Прямых упоминаний в словарях Веселовского или Унбегана нет — фамилия не относится к числу древних боярских или княжеских, а значит, её история — это история обычных людей, чьи имена записывали приказные дьяки и сельские священники.