Фамилия Мурмилова — женская форма, образованная от мужской Мурмилов, и в её основе лежит прозвище, связанное с диалектным словом «мурмила». В русских говорах, особенно северных и сибирских, так называли человека угрюмого, насупленного, ворчливого, который всё время «мурмит» — то есть бормочет, ворчит себе под нос. Слово это звукоподражательное, одного корня с «мурлыкать» и «мурчать», но с явным оттенком недовольства. Таким образом, первый носитель фамилии получил её за характер: возможно, он был неразговорчив, вечно чем-то недоволен или имел привычку что-то бурчать, занимаясь делом.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: суффикс -ов (в женской форме -ова) указывает на принадлежность — «сын Мурмилы» или «из семьи Мурмилы». Интересно, что основа «Мурмил» — это не каноническое имя, а именно прозвище, которое могло закрепиться за человеком в быту. В отличие от фамилий на -ин, образованных от имён на -а/-я (например, Фомин от Фома), здесь суффикс -ов присоединился к основе, которая уже имела окончание -а, что встречается реже и говорит о том, что прозвище было полноценным и устойчивым.

Географически фамилия Мурмилов (и Мурмилова) встречается преимущественно в центральных и северных областях России — Вологодской, Архангельской, Кировской, а также в Поволжье. Это косвенно подтверждает диалектное происхождение слова: именно в этих регионах «мурмить» и «мурмила» были в ходу. Встречается и вариант «Мурмылов», который мог возникнуть из-за аканья или просто как фонетическое изменение.

В ономастических справочниках фамилия не относится к числу самых распространённых, но и редкой её не назовёшь — она устойчиво бытует в нескольких областях. Сословное происхождение Мурмиловых, скорее всего, крестьянское или посадское: прозвища по характеру давали в среде простых людей, а не дворян, у которых фамилии чаще образовывались от географических названий или имён святых.