Фамилия Павилонис — литовская по форме, и её окончание сразу выдает происхождение. Суффикс -онис — один из типичных патронимических показателей в литовской антропонимии, наряду с -ас, -ис/-ыс и -ус/-юс. Такие фамилии буквально означали «сын такого-то» или «принадлежащий такому-то», поэтому Павилонис — это «сын Павила».

Само имя Павил — литовская народная форма канонического христианского имени Павел. В основе лежит латинское Paulus, что переводится как «маленький», «младший». В древности так могли назвать младшего сына или просто ребенка невысокого роста, но со временем имя утратило буквальный смысл и стало привычным личным именем.

Существует и вторая, менее распространенная версия, которая выводит фамилию не от крестильного имени, а от прозвища. В литовском языке есть глагол pavilioti — «прельщать», «заманивать». Если следовать этой гипотезе, прозвище Павил могло характеризовать человека с веселым нравом, умеющего расположить к себе, обаятельного говорунa. Слабое место этой версии в том, что прозвищная основа здесь совпадает с именем, а имя Павил в Литве было широко распространено, поэтому версия с крестильным именем выглядит предпочтительнее.

Женские варианты этой фамилии в литовской традиции звучат иначе и оканчиваются на -а или -е (например, Павилонис в замужней форме и Павилоне в девичьей), но в русскоязычной среде закрепилась единая форма Павилонис для всех членов семьи.

Фамилия редкая и почти не встречается за пределами Литвы и северо-западных регионов России, куда литовские фамилии попадали вместе с переселенцами в XIX–XX веках.