Фамилия Мотовтлов — один из тех редких случаев, когда написание вводит в заблуждение. На слух она почти неотличима от более известной фамилии Мотовилов, но разница в одной букве — «т» вместо «и» — меняет всю историю происхождения. Если Мотовилов прочно связан с прозвищем Мотовило (от «мотать», то есть человек, который мотает нитки, или, в переносном смысле, мот, расточитель), то Мотовтлов — фамилия с иной, хотя и родственной основой.

Вероятнее всего, в основе лежит слово «мотовтло» — диалектный вариант того же «мотовила». В говорах русского Севера, в Вологодской и Архангельской губерниях, слово «мотовтло» означало приспособление для сматывания пряжи: деревянный стержень с развилкой на конце. Человек, который делал такие мотовила или постоянно ими пользовался, получал прозвище Мотовтло. Суффикс «-л-» в таких именованиях характерен для северных говоров и указывает на орудие труда или деятеля: «гребило» (грабли), «черпало» (ковш). Фамилия образована по стандартной патронимической модели: Мотовтл-ов — потомок Мотовтла.

Менее вероятно, но не исключено, что фамилия возникла из-за позднейшего искажения написания. В документах XVII–XVIII веков, где писали «на слух», буквы «и» и «т» в беглом скорописном почерке иногда путали: Мотовилов могли записать как Мотовтлов, и эта форма закрепилась. Однако если бы это была просто ошибка, фамилия не сохранилась бы в таком виде у целого рода — скорее всего, она самостоятельная, хоть и редкая.

Географически Мотовтловы — фамилия с явным северным следом. Встречается она в основном в Вологодской области и в соседних районах Архангельской, где и сейчас можно найти носителей. Никаких дворянских родов с этой фамилией не известно — это крестьянская или ремесленная фамилия, возникшая в среде льноводов и ткачей. Носитель такой фамилии, скорее всего, происходил из семьи, где пряли и ткали, или же был мастером, делавшим прядильные инструменты.