Фамилия Лиило — редкий для России случай, когда фамилия не переделана под русские суффиксы, а сохранила иноязычную форму. Она почти наверняка финская или карельская по происхождению. В финском языке слово «liilo» означает «сиреневый» (цвет). Скорее всего, фамилию дали по внешнему признаку: человеку с сиреневым отливом волос, родинкой такого цвета или, в переносном смысле, с «цветущим» характером.

Модель образования проста: основа «liilo» без добавочных суффиксов. В финской ономастике фамилии часто образовывали от названий цветов, растений или природных явлений. Лиило стоит в одном ряду с фамилиями типа Сининен (от «sininen» — синий) или Муста (от «musta» — черный). Регионально фамилия привязана к исторической территории расселения финнов и карелов — Ингерманландия, Карельский перешеек, а также к местам переселения финских крестьян в Сибирь и Поволжье в XIX веке.

Версия о славянском или тюркском корне маловероятна. Ни в одном из этих языков нет близкой по звучанию основы, которая дала бы осмысленное прозвище. Возможна гипотетическая связь с эстонским «liilia» (лилия), но это менее вероятно, так как в эстонском фамилия обычно писалась бы как Liilia или Lill.

В русских документах фамилия могла записываться с двойным «и» — Лиило, или с ударением на первый слог. Носители фамилии в России — это потомки финских или карельских крестьян, которые в XVIII–XIX веках жили в Санкт-Петербургской губернии, а после революции разъехались по стране. Сословно — почти исключительно крестьянское, без дворянских ветвей.