Фамилия Пятилова — женская форма, мужской вариант — Пятилов. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Пятило, которое в старину могли дать пятому ребенку в семье или родившемуся на пятый день после какого-то события. В русской традиции числовые имена (Первой, Второй, Третьяк, Четвертак, Пятак, Шестак, Семак) были широко распространены до XVII века, пока церковь не начала активно вытеснять их крестильными. Пятило — не столько имя, сколько бытовое обозначение: «пятый» плюс суффикс -ил-, который часто встречается в прозвищах (ср. Косил, Томило, Губило). Суффикс -ов в фамилии указывает на принадлежность: «сын Пятила» или «из рода Пятила».

Есть и другая, менее вероятная версия: от глагола «пятить» — отступать, пятиться назад. Тогда Пятилом могли прозвать нерешительного или упрямого человека, который «пятился» от дела. Но для фамилии, закрепившейся в документах, числовая основа выглядит убедительнее: она проще объясняет массовость подобных фамилий в крестьянской среде, где детей нумеровали по порядку.

Географически фамилия Пятилов встречается в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской и Костромской губерниях, где числовые прозвища были особенно живучи. В XIX веке Пятиловы — в основном государственные крестьяне, реже мещане. Дворянской ветви с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её народное, «низовое» происхождение.

Однокоренные фамилии — Пятаков, Пятин, Пятиков — образованы от тех же числовых основ, но с разными суффиксами. Пятилов выделяется редким суффиксом -ил-, который в русских фамилиях встречается нечасто и придаёт основе оттенок ласкательности или уменьшительности. Так что предок нынешних Пятиловых, скорее всего, был просто пятым сыном в семье, и это прозвище закрепилось за его потомками.