Фамилия Максимиллиан — случай, когда написание сразу бросается в глаза: двойное «л» и двойное «и» в середине. Это не опечатка и не позднее искажение, а прямая транслитерация полной латинской формы имени Maximilianus. В русской традиции имя Максимилиан пишется с одним «л» и одним «и» (как, например, у поэта Максимилиана Волошина). Двойные согласные в фамилии — верный признак того, что она либо западного происхождения (немецкого, польского или чешского), либо была зафиксирована в документах по церковнославянскому образцу, где латинское написание старались сохранить буквально.

Основа фамилии — личное имя Максимилиан. Оно восходит к римскому родовому имени Maximilianus, которое, в свою очередь, образовано от прилагательного maximus — «величайший». В отличие от распространённых русских фамилий на -ов или -ин, суффикс здесь нулевой: фамилия представляет собой застывшую форму полного имени. Это типично для фамилий, которые в XIX веке давали воспитанникам духовных семинарий или детям из обрусевших немецких семей. В крестьянской среде такое имя-фамилия почти не встречалось: Максимилиан было редким, «календарным» именем, а фамилии от него образовывали обычно через уменьшительные формы (Максимов, Максимкин).

Географически фамилия Максимиллиан тяготеет к западным губерниям Российской империи — Царству Польскому, Волыни, Подолью, а также к Прибалтике. Там через лютеранские и католические метрики имя Maximilian записывали с латинским удвоением, и оно переходило в фамилию без русификации. В центральной России носителей этой фамилии почти не было: её заменяли однокоренные Максимов, Максимович или Максимцев.

Есть и другая, менее вероятная версия: что фамилия образована не от имени, а от прозвища Максимиллиан, которое могли дать за рост или властный характер — по тому же принципу «величайший». Но документальных подтверждений этому нет: в словарях русских прозвищ (например, у С. Б. Веселовского) такая форма не зафиксирована. Правдоподобнее считать, что перед нами случай, когда редкое полное имя само стало фамилией, минуя стадию прозвища и суффиксальной обработки.