Фамилия Муртилова — женская форма, а её мужской вариант, Муртилов, встречается редко. Слово это на слух кажется иноязычным, но скорее всего имеет русские корни, хотя и неочевидные. Скорее всего, в основе лежит прозвище Муртила, которое образовано от глагола «муртить» — в некоторых говорах так говорят о ворчании, брюзжании или тихом недовольстве. Человек, которого прозвали Муртилой, мог быть неразговорчивым, постоянно чем-то недовольным или бормочущим себе под нос. Суффикс -ил- в таких прозвищах типичен для русской антропонимии (сравните: Говоруха — от «говорить», Ворчуха — от «ворчать»), он указывает на деятеля по характерному действию.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным словом «мурт», которое в рязанских и тамбовских говорах означало «хмурый», «угрюмый» человек. В этом случае фамилия Муртилов могла быть образована от прилагательного «муртливый» — склонный к угрюмости. Слово «мурт» родственно литовскому «murti» (хмуриться) и общеславянскому корню, связанному с выражением лица.

Географически фамилия привязана к центральным и южным областям России: её фиксируют в Тамбовской, Воронежской и Рязанской губерниях. Это зона, где диалектная лексика с корнем «мурт-» была в ходу. Суффикс -ов- типичен для русских фамилий, образованных от прозвищ на -а/-я: Муртила — сын Муртилы — Муртилов.

Фамилия редкая, её не стоит путать с тюркскими фамилиями на -ов, вроде Муртазин. Никакого отношения к муртазам или мурзам здесь нет — основа чисто славянская, описывающая характер. Предок Муртиловых, скорее всего, был крестьянином или ремесленником, которого в деревне знали как ворчуна или нелюдима.