Фамилия Тагилов образована от прозвища или имени Тагил. В основе лежит тюркское слово «таг» — гора. Соответственно, Тагил — это «горный», «живущий в горах» или «пришедший с гор». Такое прозвище могли дать человеку, переселившемуся с Урала или из горной местности, либо тому, кто обладал суровым, «каменным» нравом.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Тагил добавили патронимический суффикс -ов, означающий принадлежность. Тагилов — буквально «сын Тагила». Примечательно, что суффикс здесь не фамильный -ский, а простой -ов, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение носителей: дворянские фамилии в массе своей оформлялись иначе.

Любопытная деталь: фамилия прямо связана с географией Урала. Название города Нижний Тагил происходит от реки Тагил, а её имя, в свою очередь, от того же тюркского корня. Поэтому предки Тагиловых с высокой вероятностью происходят из тех мест — с Урала или из Прикамья, где татарское и башкирское влияние на русские прозвища было сильным.

Встречается и версия, что Тагил — это вариант крестильного имени, но она слабая: в святцах такого имени нет. Скорее всего, это именно прозвище по месту жительства или по характерной черте. Фамилия редкая, в списках массовых русских фамилий она не фигурирует, что подтверждает её локальное, уральское происхождение.