Фамилия Мирилов — редкий случай, когда прозвище или имя, лёгшее в основу, почти наверняка имеет церковное, а не бытовое происхождение. Если отбросить типичный русский суффикс -ов (указывающий на принадлежность: «чей?» — Мирилов, то есть сын или потомок Мирила), остаётся корень Мирил-. В русской ономастике это почти всегда усечённая форма крестильного имени Мирил (от греческого «миро» — благовонное масло). Полное имя Мирил в святцах встречается редко, но в народе его могли давать при крещении, особенно в южнорусских и украинских землях, где греческие имена адаптировались особенно свободно.

Вторая, менее очевидная версия — связь с глаголом «мирить». Прозвище Мирило могли дать человеку, который выступал третейским судьёй в спорах, мирил соседей или родственников. Однако здесь важно различие: от глагольной основы «мири-» обычно образуются фамилии через суффикс -л- (Мирилов), но в древнерусском прозвище «Мирило» чаще означало «тот, кто мирит», а не «тот, кто с миром». В пользу именно имени (а не прозвища) говорит и то, что фамилия Мирилов фиксируется преимущественно в тех регионах, где были распространены уменьшительные формы канонических имён: Мирил, Мирилка.

С географией у Мириловых всё неоднозначно. В дореволюционных справочниках фамилия встречается рассеянно — от Тверской губернии до Воронежской, но нигде не образует плотных гнёзд. Это говорит о том, что носители не принадлежали к массовому крестьянскому сословию в одном уезде, а скорее были выходцами из разных мест, возможно, из духовного сословия. Семинаристы нередко получали фамилии по именам святых, и Мирилов — типичный пример «искусственной» фамилии, данной выпускнику духовного училища в честь святого Мирила. В таком случае фамилия не отражает ни ремесла, ни характера предка — только память о церковном календаре.

Сейчас фамилия остаётся редкой. Её носители могут встретиться в центральной России и в Сибири, куда переселенцы уходили в XIX–XX веках. Однокоренные варианты — Мириловский, Мириленко, Мирилко — встречаются ещё реже и почти всегда указывают на ту же основу: имя Мирил, а не мир как понятие.