Фамилия Костилов образована от прозвища или нецерковного имени Костило. В русском языке суффикс -л- часто указывал на деятеля или носителя признака, а основа кост- связана со словом «кость». Самая прямая версия: Костилом называли костлявого, худого человека. Такие прозвища по внешности давали часто и охотно, они не несли оскорбительного оттенка, а просто фиксировали заметную черту.

Вторая, не менее правдоподобная версия отсылает к ремеслу. Костило — мастер, работавший с костью: резчик костяных гребней, пуговиц, рукояток ножей. В доиндустриальной Руси косторезное дело было распространённым промыслом, особенно в северных регионах, где в изобилии водился морж и крупный рогатый скот. Фамилия могла закрепиться за потомками такого умельца.

Менее вероятно, но возможно, что Костило — вариант имени Константин в народном произношении (ср. Костя, Костик, Костило как ласкательная форма). Однако в словарях русских фамилий такая модель не фиксируется как типичная: суффикс -ил-/-л- чаще образует прозвища, а не уменьшительные имена.

Суффикс -ов в фамилии Костилов — стандартный патронимический, означающий «сын Костила». Географически фамилия встречается в центральных и северных областях России, но не относится к числу частых. В переписных книгах XVII века похожие прозвища (Костилко, Костиль) встречаются среди крестьян и посадских людей, что указывает на непривилегированное происхождение большинства носителей.

Однокоренные фамилии — Костин, Костюков, Костиков — обычно восходят к имени Константин или к слову «кость», но Костилов стоит особняком из-за редкого суффикса, который делает её более «ремесленной» или «описательной» по происхождению.