Фамилия Колыхайлов — один из тех случаев, когда за привычным окончанием -ов скрывается необычная основа, которую не объяснить простым толкованием «сын такого-то». Здесь работает другая модель: фамилия образована не от крестильного имени, а от прозвища или глагольной формы, причём суффикс -айл- встречается в русских фамилиях редко и придаёт основе отчётливый оттенок действия.

Корень здесь — «колых-», тот самый, что в глаголах «колыхать», «колыхнуть», «колыхаться». В диалектах слово «колыхай» могло означать человека, который качает, колеблет что-то — например, воду, лодку, качели. Но чаще всего так называли не по однократному действию, а по привычке или профессии: того, кто постоянно «колышется», то есть медлителен, неуверен в движениях, или, наоборот, того, кто раскачивает других — в прямом или переносном смысле. В некоторых говорах «колыхай» — это ещё и ленивый, вялый человек, которого трудно расшевелить.

Суффикс -айл- (как в «ломалый», «кидалый») в русских фамилиях редок. Он образует прозвища от глагольных основ, часто с оттенком пренебрежения или шутки. В сочетании с патронимическим суффиксом -ов получается «Колыхайлов» — буквально «сын того, кого прозвали Колыхай». Такая словообразовательная цепочка характерна для северных и центральных областей России, где прозвища на -ай и -айло были в ходу в XV–XVII веках.

Встречается фамилия преимущественно в Поволжье и на Урале, реже — в центральных регионах. В документах XVIII–XIX веков носители фамилии числятся среди государственных крестьян и однодворцев. Никакого отношения к дворянству или купечеству фамилия не имеет — это типичная крестьянская фамилия, возникшая в среде, где прозвище легко прирастало к роду и передавалось детям.

Стоит отметить, что в некоторых говорах «колыхай» — это ещё и название детской игры или качелей, но вряд ли прозвище давали по игрушке. Скорее, закреплялась какая-то поведенческая черта. Альтернативная версия — связь с диалектным «колых» (удар, толчок) — маловероятна, так как основа «колыхай» явно указывает на действие, а не на предмет.

Так что предки современных Колыхайловых — это, скорее всего, крестьяне из Поволжья, получившие фамилию по прозвищу, которое либо подшучивало над медлительностью, либо, наоборот, отмечало человека, который всё раскачивает и приводит в движение.