Фамилия Молотило — редкий случай прозвища, которое напрямую, без суффикса, стало фамилией. Она образована от названия сельскохозяйственного орудия — молотило, которым вручную обмолачивали зерно. В основе лежит глагол «молотить», то есть выбивать зёрна из колосьев. В отличие от более распространённых фамилий на -ов или -ин (Молотилов, Молотилкин), форма Молотило — это застывшее прозвище в именительном падеже, которое закрепилось за человеком.

Такая модель словообразования (прозвище по орудию труда) типична для украинской и южнорусской традиции. В украинском языке, где фамилии на -о встречаются гораздо чаще, чем в северных русских говорах, Молотило могло возникнуть естественным путём. Сравните с фамилиями того же типа: Веретено, Колесо, Кадило. Носитель такого прозвища, скорее всего, был крестьянином, занимавшимся молотьбой, либо мастером, делавшим молотила. В переносном смысле «молотилом» могли назвать болтливого человека («молотит языком») или того, кто работает без остановки.

По данным переписей и архивов, фамилия Молотило встречается преимущественно в южных регионах России, в Белгородской, Воронежской областях, а также на Украине (особенно в Черкасской и Полтавской областях). Это подтверждает её связь с аграрным югом, где ручная молотьба сохранялась дольше. В центральных и северных губерниях фамилия редка — там предпочитали суффиксальные формы.

Спорных версий происхождения у этой фамилии почти нет. Иногда её путают с фамилией Молотилов, считая их вариантами одного корня, но это разные модели: Молотилов — отчество («чей?»), а Молотило — прямое прозвище. Учитывая, что молотило как инструмент вышло из бытового употребления ещё в XIX веке, фамилия сохранила архаичное слово, которое сегодня без специального разъяснения непонятно.