Фамилия Майлонов — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней нет привычного суффикса -ин или -ский, но есть окончание -ов, что указывает на типичную русскую модель образования от прозвища или имени. Основа «Майлон» не встречается в святцах и не является распространённым тюркским или кавказским именем, поэтому логичнее всего искать корень в прозвище.

Наиболее правдоподобная версия связывает фамилию с диалектным словом «майло» — так в некоторых русских говорах называли рыбу уклейку или мелкую рыбёшку. Прозвище Майлон могли дать человеку маленького роста, худощавому или, напротив, любителю рыбачить. Суффикс -он в прозвищах характерен для северных и сибирских говоров (ср. «губошлёп» → «губошлёпон», «кривой» → «кривон»). Таким образом, Майлон — это прозвище, образованное по северной модели, а Майлонов — его притяжательная форма, означающая «сын Майлона» или «из семьи Майлона».

Менее вероятна, но возможна версия о происхождении от тюркского имени Майлан (встречается у башкир и татар), где «май» — масло, жир, а «лан» — суффикс. Однако в этом случае фамилия скорее звучала бы как Майланов или Майланов. Фонетический переход «а» в «о» под ударением в русском языке редок, но возможен при адаптации. Тем не менее, географическая привязка фамилии Майлонов к северным регионам России (Архангельская, Вологодская области) делает «рыбную» версию более убедительной.

В старых документах фамилия не фиксируется, что говорит о её позднем закреплении — скорее всего, в XVIII–XIX веках среди крестьян или мещан. Сословная принадлежность не прослеживается, но по модели образования это типичная крестьянская фамилия, возникшая из уличного прозвища. Носители фамилии Майлонов сегодня крайне немногочисленны, что делает её уникальной для генеалогического поиска.