Фамилия Пампилов — редкая и на первый взгляд неочевидная по происхождению. Её основа, судя по всему, не связана с распространёнными славянскими корнями, и это заставляет искать объяснение в других языковых пластах.

Самый вероятный путь образования фамилии — через прозвище или мирское имя, которое могло быть заимствовано из тюркских или кавказских языков. В них встречаются слова, звучащие как «пампил» или «пампил» (с возможным чередованием согласных), которые могли означать «хлопок» или «вату». В этом случае прозвище Пампил мог получить человек, занимавшийся торговлей хлопком, обработкой ваты или просто имевший светлые, пушистые волосы, напоминавшие этот материал. Суффикс -ов указывает на типичную русскую патронимическую модель: «чей?» — Пампилов, то есть сын или потомок Пампила.

Менее вероятна, но тоже возможна связь с греческим именем Памфил (Πάμφιλος), что означает «всеми любимый». В русской традиции это имя могло трансформироваться в просторечную форму Пампил, а затем дать фамилию Пампилов. Однако такая версия менее убедительна, так как имя Памфил было распространено в основном в среде духовенства и образованных слоёв, а фамилия Пампилов выглядит скорее как крестьянская или мещанская, по прозвищу.

Географически фамилия тяготеет к южным регионам России и Поволжью — областям, где исторически был силён тюркский и кавказский языковой субстрат. Встречается она крайне редко, что говорит о локальном характере её возникновения: возможно, она произошла от прозвища одного человека, жившего в конкретном селе или городе, и не получила широкого распространения. Сословная принадлежность первых носителей, скорее всего, была крестьянской или однодворческой, но точных документальных подтверждений этому нет.