Фамилия Нафанайлова — женская форма от мужской Нафанайлов, и её разбор стоит начать с суффикса. Суффикс -ов указывает на классическую русскую патронимическую модель: такую фамилию давали по имени отца. В основе лежит редкое каноническое имя Нафанаил, которое пришло в русский язык из греческого через церковнославянскую традицию. В переводе с древнееврейского Нафанаил означает «Бог дал» (по смыслу это аналог более распространённого имени Матвей). В православных святцах имя известно по апостолу Варфоломею, которого в Евангелии от Иоанна называют Нафанаилом.

В русской среде имя Нафанаил никогда не было частым — оно оставалось в основном монашеским или редким крестьянским, встречаясь в старообрядческой среде и на Русском Севере. Поэтому фамилия Нафанайлов (и Нафанайлова) — не массовая, а локальная, сконцентрированная в нескольких регионах. По данным переписей и архивов XIX века, носители этой фамилии чаще всего фиксировались в Вологодской и Архангельской губерниях, а также среди сибирских старожилов, куда переселенцы уходили от реформ Никона.

Интересная деталь — написание через «ф» (Нафанаил, а не Нафанаил) сохраняет церковную орфографию, где греческая буква θ передавалась как «ф». В бытовой речи фамилию могли произносить и как Нафанайлов, и как Нафанаилов, но в документах закрепился именно вариант с «ф». Сравните с однокоренными фамилиями: Нафанаилов (встречается реже), а также от той же основы — Нафанов, Нафанович, которые образованы от сокращённой формы имени.

Социальный состав предков Нафанайловых был преимущественно крестьянским и мещанским. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что неудивительно: редкое церковное имя редко попадало в родословные книги. По сути, носитель фамилии Нафанайлова может с большой вероятностью считать, что его предки — люди, державшиеся старой веры и жившие в удалённых уголках русского Севера или Сибири.