Фамилия Милоголов — редкий случай, когда прозвище состоит из двух полновесных корней, и оба прозрачны для современного уха. «Мило» и «голова». Первая часть, скорее всего, указывает не на внешнюю привлекательность, а на качество: милый в значении «приятный, добрый, ласковый». Вторая часть — «голова» — в прозвищах часто обозначала ум, характер или внешность. Сочетание даёт портрет человека: «милая голова», то есть добрый, славный, покладистый человек, возможно, даже простоватый или жалостливый. В народной речи такие составные прозвища давали не столько для точного описания, сколько для выражения отношения — с оттенком умиления или иронии.

Модель образования типична для русских фамилий: прозвище Милоголов (или Милая Голова) закрепилось за родоначальником, а его дети стали Милоголовыми. Суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Милоголов, то есть сын или потомок Милоголова. Фамилия не могла возникнуть из крестильного имени — таких составных имён в святцах нет. Это чисто прозвищная основа, что говорит о её народном, нецерковном происхождении.

В ономастике похожие конструкции известны: Милолика, Милодуб, Милозор. Но Милоголов стоит особняком — «голова» в прозвищах встречается часто (Голован, Головач, Белоголов), а вот с «мило» — редкость. Унбегаун в «Русских фамилиях» отмечает, что составные прозвища с оценкой внешности или характера особенно характерны для северных и центральных областей России, где сохранялась традиция бытовых имён до XVII века. Не исключено, что первый Милоголов жил где-то в Вологодчине или Костромской губернии — там такие «говорящие» прозвища держались дольше всего.

Социальный статус носителей, скорее всего, был крестьянским или посадским. Дворянские фамилии редко строились от столь откровенно просторечных сочетаний — они предпочитали книжные или топонимические основы. Так что предки Милоголовых — обычные люди, которых в деревне прозвали за добрый нрав или, может быть, за характерную круглую голову, вызывавшую у соседей ласковую усмешку.