Фамилия Нилогов — редкий случай, когда основа читается почти прозрачно, но на деле таит в себе сразу несколько возможных объяснений. На первый взгляд, в ней слышится имя Нил, но это не каноническая форма. В русской ономастике фамилии на -огов встречаются нечасто, и их происхождение почти всегда связано с диалектной или искажённой формой какого-либо слова.

Самый вероятный путь образования — от имени Нил, точнее, от его разговорного варианта Нилог. Полное церковное имя Нил (греч. «чёрный», «тёмный») в народе иногда переделывали, добавляя суффикс -ог, который встречается в старых русских прозвищах и именах (ср. Дорог, Ярог). От этого Нилог и возникла фамилия с типичным патронимическим суффиксом -ов: Нилогов буквально означает «сын Нилога», то есть потомок человека, которого в быту звали уменьшительно или прозвищно Нилог.

Вторая версия, менее распространённая, отсылает к слову «нил» в значении «ил», «тина», которое фиксируется в некоторых южнорусских говорах. Тогда Нилогов могло быть прозвищем человека, жившего у болотистого места или занимавшегося добычей ила. Однако эта гипотеза слабее: фамилии от названий природных явлений обычно образуются с другими суффиксами, а -огов здесь выглядит чужеродно.

Географически фамилия тяготеет к Сибири и Уралу, что характерно для поздних патронимических фамилий, которые закрепились в XVIII–XIX веках. Нилоговы — скорее всего, потомки крестьян или мещан, получивших фамилию по имени или прозвищу предка. Дворянских корней у неё нет, в родословных книгах она не встречается.

С точки зрения словообразования, суффикс -огов — редкий для русских фамилий, но не уникальный. Он встречается в фамилиях Дорогов, Ярогов, Борогов, что подтверждает модель: основа на -ог плюс -ов. Если бы фамилия была Нилкин или Нилов, она была бы стандартной, но именно форма Нилогов выдаёт нестандартное, диалектное или просторечное происхождение имени-основы.