Фамилия Мармиловы (и её мужская форма Мармилов) образована от прозвища Мармило. В основе прозвища, скорее всего, лежит белорусское слово «мармыль» — так называли молчуна, отшельника, человека, который живёт уединённо и не любит пустых разговоров. Именование Мармило, таким образом, отражало либо особенность характера, либо образ жизни первого носителя.

По словообразовательной модели фамилия Мармилов — типичная для восточнославянского ареала: к прозвищу на -о добавился патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Мармила). Со временем это отчество закрепилось как наследственное родовое имя.

Фамилия редкая. В открытых источниках встречаются, например, записи из Книги памяти Астраханской области: Михаил Сергеевич Мармилов (1899 года рождения) и Наталья Денисовна Мармилова (1897 года рождения). Это одна из немногих документальных привязок фамилии к конкретной местности и времени.

Интересно, что прозвище Мармило могло иметь и другую природу — не исключена связь с диалектным глаголом «мармылить» (бормотать, говорить невнятно). В таком случае значение прозвища смещается от «молчуна» к «ворчуну» или «бормотуну». Обе версии правдоподобны, но первая (от «мармыль» — молчун) встречается в ономастических справочниках чаще.

Фамилия Мармиловы — самобытный памятник славянской культуры, но без серьёзных генеалогических изысканий трудно установить точное время и место её возникновения: процесс формирования фамилий был длительным и не всегда привязан к одной территории.