Фамилия Мотомилов — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. На первый взгляд в ней слышится что-то иноязычное, но на деле это исконно русская фамилия, образованная от прозвища, которое могло относиться к человеку с определённой манерой речи или поведения.

Корень «мотом» или «мотыль» в русских говорах имеет несколько значений. Одно из них — «мямля», «неповоротливый человек», «тот, кто говорит невнятно, тянет слова». В словаре Владимира Даля зафиксирован глагол «мотомить» — «говорить вяло, неразборчиво, мямлить». Отсюда и прозвище Мотомило, которое давали медлительному или косноязычному человеку. Суффикс -ило в таких прозвищах типичен для русской ономастики (сравните: Говорило, Воротило, Крутило) и указывает на носителя действия или качества. Фамилия Мотомилов, таким образом, — это притяжательное прилагательное, отвечающее на вопрос «чей?»: сын или потомок Мотомилы.

Версия о связи с тюркским или финно-угорским корнем маловероятна. Ни в тюркских, ни в волжско-финских языках нет основы, которая бы фонетически и семантически совпадала с «мотом» и при этом дала бы устойчивое прозвище. Скорее всего, фамилия чисто славянская, диалектная, и её носители происходят из северных или центральных областей России, где говоры сохраняли слово «мотомить».

Географически фамилия Мотомилов встречается крайне редко, в основном на Урале и в Зауралье — в Пермском крае, Свердловской и Челябинской областях. Это объясняется тем, что прозвище Мотомило не стало популярным и не дало массовой фамилии, а закрепилось лишь в отдельных крестьянских родах, которые в XVII–XVIII веках переселялись за Урал.

С точки зрения словообразования фамилия проста: основа «Мотомил» (от прозвища Мотомило с чередованием о/а) плюс типичный патронимический суффикс -ов. Никаких редких суффиксов или иноязычных вкраплений здесь нет.

Таким образом, предки носителей фамилии Мотомилов — скорее всего, крестьяне или посадские люди, получившие прозвище по особенности речи или характера. В современном мире фамилия остаётся малочисленной, что делает её особенно ценной для генеалогического поиска: найти родственников по такой фамилии проще, чем по распространённой.