Фамилия Мисаилова образована от мужского имени Мисаил. В основе лежит древнееврейское имя, которое переводят как «подобный Богу» или «испрошенный у Бога». Это имя библейское: в Ветхом Завете его носил сын Узиила, приходившийся дядей Моисею и Аарону. Согласно Книге Левит, Мисаил вместе с братом Элцафаном вынес за стан тела Надава и Авиуда, которые были сожжены огнем от Господа за дерзкое воскурение чуждого фимиама. Эта история — один из немногих подробных эпизодов, связанных с этим персонажем.

На Руси имя Мисаил попало вместе с христианством и долго оставалось редким, преимущественно монашеским. Его носители — в основном церковные деятели. Например, епископ смоленский Мисаил, живший в 1445–1474 годах, а затем митрополит киевский (1474–1477). Он известен энергичной борьбой с католическим влиянием и притязаниями литовских князей, ему приписывают летописный свод за 1254–1425 годы. Другой известный носитель имени — архиепископ рязанский Мисаил (1651–1656), который обращал в православие мордву и татар и, по преданию, был убит язычниками за свою проповедническую деятельность.

Поскольку имя бытовало прежде всего в церковной среде, фамилия Мисаилов (и женская форма Мисаилова) встречается заметно реже, чем фамилии от распространенных мирских имен. Скорее всего, ее получили потомки людей, носивших это имя в духовном сословии, либо крестьян и горожан, чьи родители дали ребенку редкое имя в честь почитаемого святого. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель отчества-притяжательности: Мисаилов буквально означает «сын Мисаила». Женская форма Мисаилова закрепилась как фамилия жены или дочери Мисаилова.

Встречаются и другие написания — Мисаилов, Мосеилов, иногда путают с фамилией Мисайлов, но последняя восходит к просторечной форме того же имени. Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Миса́илова, хотя в некоторых семьях можно услышать вариант с ударением на третий.

Сведений о массовом распространении фамилии в каком-то одном регионе нет: она рассеяна по всей территории России, но везде остается редкой. Это типичная «церковная» фамилия, которая сегодня воспринимается как книжная и старинная, хотя возникла она не раньше XVII–XVIII веков, когда фамилии начали массово закрепляться у духовенства и посадских людей.