Фамилия Помятилова — это женская форма, а мужская, Помятилов, указывает на родовое прозвище. В её основе лежит глагол «помяти́ть», который в северных и сибирских говорах означал «запомнить, приметить, узнать». Человек, получивший такое прозвище, мог быть памятливым, злопамятным или, наоборот, тем, кто хорошо помнил людей и события. Слово «память» в диалектах имело и более конкретные оттенки: «помяти́ть» — значило «опознать» или «узнать в лицо». Поэтому прозвище Памятило (или Помятило) могло закрепиться за свидетелем, следопытом или человеком с феноменальной памятью.

Модель образования фамилии — суффиксальная, типичная для русского севера и востока. Основа «Помятил-» и суффикс «-ов» дали фамилию, которая отвечает на вопрос «чей?» — то есть сын Помятила. В отличие от фамилий на «-ин» (от основ на -а, -я), здесь мы видим именно «-ов», что указывает на мужскую основу с окончанием на твёрдый согласный. Интересно, что в некоторых говорах слово «помятило» употреблялось иронически — так называли забывчивого человека, что даёт противоположное толкование: прозвище могло быть «защитным», данным с обратным смыслом.

Географически фамилия редкая и локализованная. Встречается преимущественно в Вологодской, Архангельской областях и в Пермском крае — это территория бытования северорусских говоров, где глагол «помятить» был в ходу. В центральных и южных регионах России она почти не фиксируется. Сословного барьера у неё не было: прозвище могло закрепиться и за крестьянином, и за посадским человеком, но из-за редкости фамилии её носители, скорее всего, происходят из одной или нескольких родственных крестьянских семей.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Памятилов, Памятнов, Помятов — показывает, что «Помятилов» сохранил диалектную приставку «по-», которая в этом случае усиливает значение действия. Если «память» — это свойство, то «помятить» — это процесс. Таким образом, фамилия Помятилова — не просто «внук того, кто помнил», а скорее «потомок того, кто примечал и узнавал». Это редкий случай, когда прозвище описывает не внешность или профессию, а когнитивную способность, что выделяет её среди массы фамилий.