Фамилия Павилова образована от имени Павила — уменьшительной формы мужского крестильного имени Павел. В переводе с латыни Павел значит «малый», «небольшой». Имя Павила звучало как ласковое, домашнее обращение, и в старину такие формы нередко становились самостоятельными именами в быту, особенно в крестьянской и мещанской среде.

Вероятно, основатель рода Павиловых был человеком из простого сословия. В среде крестьян и посадских людей полное церковное имя Павел часто заменяли на уменьшительные варианты — Павила, Павша, Паша. Отчество по такой форме имени и закрепилось за потомками: сын Павилы становился Павиловым, а его дети уже носили фамилию Павиловы.

Разбор фамилии показывает типичную для русских фамилий модель: суффикс -ов присоединялся к основе имени или прозвища отца. Здесь основа — Павил, то есть тот самый уменьшительный вариант. Такая словообразовательная цепочка встречается и в других фамилиях от того же имени: Павлов, Павликов, Павшуков. Но Павиловых меньше, потому что сама форма Павила была не столь распространена, как Павел или Павлик.

Интересно, что написание фамилии с буквой «и» в корне иногда путают с фамилией Павилов, которая могла возникнуть независимо, например, от прозвища, связанного с павлином. Но для русской ономастики более убедительна версия происхождения от имени Павила: птичье прозвище в основе фамилии встречается реже, чем уменьшительное имя. К тому же форма Павила зафиксирована в исторических документах как живое имя, а не как обозначение птицы.

Фамилия Павилова не принадлежит к числу дворянских или аристократических. Она отражает народную традицию именования, когда отчество по домашнему имени отца становилось родовым прозванием. Потомок человека по имени Павила, то есть Павла, со временем получил фамилию Павилов, а женская форма Павилова закрепилась за женщинами этого рода.