Фамилия Штмилов — редкий случай в русском ономастиконе. Её основа неочевидна, и первая задача — понять, откуда взялся корень «Штмил-». Скорее всего, перед нами фамилия, образованная от прозвища или имени, которое в свою очередь восходит к немецкому или идишскому корню. Наиболее правдоподобная версия: основа «Штмил» — это русифицированная форма немецкого слова «Stumm» (немой, тихий) или глагола «stillen» (успокаивать, утолять). В таком случае прозвище Штмил могли дать молчаливому, спокойному человеку. Суффикс -ов указывает на типично русскую модель образования: «чей?» — Штмилов, то есть сын или потомок Штмила.

Менее вероятно, но возможно и происхождение от названия профессии. В немецком языке есть слово «Stemmler» (чеканщик, резчик по камню или металлу). В русском быту оно могло упроститься до «Штмил» — так называли мастера, работавшего с твёрдыми материалами. Однако эта версия слабее, так как переход «Stemmler» в «Штмил» требует значительных фонетических изменений, нехарактерных для массовых заимствований.

Географически фамилия Штмилов тяготеет к западным и южным регионам России, где в XIX — начале XX века были компактные поселения немецких колонистов или еврейских общин (Поволжье, Новороссия, Прибалтика). В метрических книгах и ревизских сказках такие фамилии встречаются редко — это указывает на то, что родоначальник, вероятно, был переселенцем или обрусевшим иностранцем, получившим фамилию по прозвищу уже на русской почве.

Словообразовательно фамилия стоит особняком: она не вписывается в привычные славянские гнёзда (вроде Иванов, Кузнецов), но и не является прямой калькой с немецкого. Это гибридный вариант, где иноязычная основа обработана русским патронимическим суффиксом. Подобные фамилии — Штильман, Штольц, Штром — тоже редки, но Штмилов среди них выделяется почти полным исчезновением носителей: в современных телефонных справочниках и базах данных она практически не фиксируется.