Фамилия Козелов с первого взгляда кажется прозрачной: корень «козел» и типичный русский суффикс -ов. Однако здесь скрыт нюанс, который отличает её от более известных Козловых. В фамилиях на -ов ударение часто падает на окончание (Козло́в), а в Козелове — на второй слог: Козе́лов. Такая акцентная модель указывает на то, что в основе лежало не прямое название животного, а производное слово или прозвище.

Скорее всего, исходным было прозвище Козёл — его давали человеку с упрямым, бодливым характером или с внешним сходством (бородка, худоба). Но суффикс -ел- в фамилии не случаен. В русских говорах существовало слово «козёл» в значении «упрямец», а также «козелок» — деталь в устройстве чего-либо. Однако фамилия Козелов могла образоваться и от имени или прозвища Козел, к которому добавили патронимический суффикс -ов, но с сохранением полной основы, чтобы не смешивать с фамилией Козлов. В ономастике это называют «фамилией-дублетом»: когда от одного корня возникают разные формы из-за диалектных особенностей или стремления развести однофамильцев.

Ещё одна версия — связь с профессией. В некоторых регионах «козелом» называли мастера, который делал козлы (подставки для пилки дров), или пастуха коз. Но это менее вероятно, так как прозвища по занятиям обычно не давали суффикса -ел-.

Географически фамилия Козелов встречается реже, чем Козлов, и сосредоточена в центральных и южных областях России, а также на Украине. В дореволюционных списках Козеловы фигурируют среди крестьян и мещан, без явной привязки к дворянству. Написание с буквой «е» в корне — орфографическая норма, закрепившаяся в паспортной системе, хотя в говорах фамилию могли произносить и как «Козилов».

Таким образом, предок современных Козеловых, скорее всего, носил прозвище Козёл, а фамилию записали в форме, отличной от массовой Козлов, чтобы подчеркнуть родовую ветвь или диалектное произношение.