Фамилия Новилов — нечастый случай, когда модель образования говорит о фамилии больше, чем её корень. Суффикс -ил- в русских фамилиях встречается редко и обычно указывает на прозвище, образованное от глагола: ходи́ло (тот, кто много ходит), свети́ло (видный человек). Новилов, скорее всего, пошёл от прозвища Новило — так могли назвать новичка, неопытного человека или того, кто недавно поселился в этих краях. Глагольная основа «нов-» (от «новить», «обновлять») здесь работает в паре с суффиксом действующего лица, что даёт значение «тот, кто является новым» или «тот, кого обновили».

География фамилии довольно узкая. Носители Новиловых чаще всего встречаются в центральных областях России (Тверская, Ярославская, Московская) и в Поволжье. В отличие от массовой фамилии Новиков (тоже от «новик» — новобранец, новый человек), Новилов сохранила более архаичную словообразовательную форму. Если Новиков — это «сын Новика» (патроним на -ов), то Новилов — это «сын Новила» (прозвище с другим оттенком). Разница в суффиксе могла закрепиться из-за местного говора: в некоторых диалектах прозвища на -ило были особенно продуктивны.

Есть и другая, менее вероятная версия: основа могла быть связана с церковным именем Новелл (от лат. novellus — молодой, новый), которое попало в святцы из Византии. Но имя это было крайне редким, и вряд ли оно породило целый пласт фамилий. Куда правдоподобнее, что перед нами прозвищная фамилия, где «новило» означало не столько возраст, сколько положение — пришлый, нездешний, ещё не прижившийся человек.

В документах XVII–XVIII веков фамилия иногда писалась через «а» — Навилов, что могло быть следствием акающего произношения. Крестьянский и мещанский состав носителей подтверждается переписными книгами: Новиловы не были дворянами, их предки — землепашцы или ремесленники, получившие фамилию по характерной черте или обстоятельству появления в общине. Сейчас фамилия остаётся редкой — примерно 2–3 тысячи человек в России, и почти все они сосредоточены в старых русских регионах, где прозвища на -ило не вытеснились более стандартными формами.