Фамилия Штурмилов — один из тех случаев, когда в основе лежит не имя, а прозвище, причём прозвище громкое. Её ядро — слово «штурм», которое в русский язык пришло из немецкого (Sturm — «буря, штурм, приступ») через военное дело. В XVIII–XIX веках «штурмом» называли решительный приступ крепости, а в переносном смысле — человека напористого, резкого, действующего с наскока. Прозвище Штурм могли дать либо отчаянному солдату, либо просто вспыльчивому и неспокойному человеку.

Суффикс -ил- в фамилии не типичен для стандартной модели «основа + -ов». Обычно фамилии на -ов образуются от прозвищ, оканчивающихся на согласный: Штурм → Штурмов. Здесь же мы видим промежуточную форму Штурмило. Такие образования с суффиксом -ил- характерны для украинской и белорусской традиции, где они обозначали деятеля: Штурмило — «тот, кто штурмует», «штурмовик». Затем, при русификации или при переезде в великорусские губернии, к этой основе добавили стандартный русский суффикс -ов. Так Штурмило превратился в Штурмилова.

Встречается фамилия, хотя и редко, в южнорусских и украинских регионах, а также среди казачества, где военная лексика была особенно распространена. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель с суффиксом -ило описана как характерная для украинских фамилий, передающих активное действие. Поэтому Штурмилов — это не «сын Штурма», а скорее «сын Штурмилы», то есть потомок того самого напористого человека.

С точки зрения социальной истории, носители фамилии вряд ли принадлежали к дворянству: военные прозвища такого типа чаще давали простым солдатам, казакам или однодворцам. В списках участников Первой мировой войны встречаются отдельные Штурмиловы, но ни один из них не стал публичной фигурой — фамилия осталась редкой и локальной. Двойная версия происхождения (через украинский суффикс и русское окончание) делает её интересным примером того, как прозвище, попав в другую языковую среду, обрастало новыми грамматическими слоями.