Фамилия Пилле — редкий случай в русском ономастиконе, и её разбор требует осторожности. В отличие от большинства русских фамилий, которые образуются с помощью суффиксов -ов, -ев, -ин (Петров, Смирнов), фамилия Пилле не имеет типичного «русского» окончания. Это сразу указывает на её иноязычное происхождение.

Скорее всего, фамилия Пилле имеет немецкие или прибалтийские корни. В немецком языке слово «Pille» означает «таблетка», «пилюля». Однако в качестве фамилии это значение маловероятно. Гораздо правдоподобнее, что Пилле — это вариант фамилии Пиллер (Piller), которая в южнонемецких диалектах могла означать «тот, кто живёт у столба» (от «Pfahl» — столб, свая) или быть прозвищем упрямого человека. Также возможно, что фамилия восходит к топониму Пиллау (ныне Балтийск в Калининградской области) — бывшему немецкому городу-порту. Жители Пиллау нередко получали фамилию по месту жительства, и со временем она могла трансформироваться в Пилле.

Другая версия — французское или итальянское происхождение. Во французском «pille» означает «грабёж» или «разбой», и фамилия могла быть прозвищем для воина или мародёра. В итальянском «pille» — множественное число от «pilla» («столб», «колонна»), что опять же указывает на топографическую основу.

В России фамилия Пилле встречается крайне редко. Носители, скорее всего, являются потомками обрусевших немцев, прибалтийских шведов или финнов, переселившихся в империю в XVIII–XIX веках. Встречается она преимущественно в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, а также в Поволжье, где существовали немецкие колонии. Суффиксальное оформление отсутствует, поэтому фамилия не склоняется по падежам как типичная русская (Пилле, Пилле, Пилле). Это одна из тех фамилий, по которой можно безошибочно определить, что её носитель — потомок иностранца, принявшего российское подданство.