Фамилия Тобылов — редкий случай, где на поверхность выходит не имя или ремесло, а скорее всего тюркское прозвище. Основа «тобул» или «тобыл» в тюркских языках (например, в казахском, башкирском, татарском) может означать «насыщаться», «наедаться досыта», «быть сытым». Соответственно, прозвище Тобыл могли дать человеку с хорошим аппетитом, упитанному, либо в переносном смысле — довольному жизнью, зажиточному. Вторая версия, менее вероятная, но возможная — связь с диалектным словом «тобол» (сибирская река, а также рыба из семейства сиговых). В таком случае прозвище мог получить рыбак или житель тех мест. Однако фонетика фамилии (Тобылов, а не Тоболов) склоняет к первой версии.

Суффикс -ов указывает на стандартную русскую модель образования фамилий от основ, оканчивающихся на согласный. Это значит, что предок носителя фамилии, скорее всего, был крещёным инородцем или татарином, попавшим в русскую среду, — фамилию ему дали по отцу (Тобыл → сын Тобыла → Тобылов). Географически фамилия тяготеет к Поволжью, Уралу и Западной Сибири — регионам активного русско-тюркского пограничья. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении.

С точки зрения словообразования фамилия прозрачна: корень «тобыл» плюс фамильный суффикс. Никаких дополнительных приставок или сложных суффиксов (вроде -ин, -ский) нет, что типично для поздних (XVII–XIX века) фамилий, оформленных по русскому образцу от иноязычного прозвища. Если сравнивать с однокоренными, можно вспомнить фамилию Тоболов (с другим гласным), но она ещё реже и, возможно, связана с рекой Тобол. Тобылов же — это именно прозвищная модель, уходящая корнями в бытовую характеристику человека.

В дореволюционных источниках фамилия не фиксируется как дворянская или купеческая — скорее всего, она крестьянская или мещанская. Носители могли быть государственными или ясачными крестьянами (платившими дань пушниной). Известных исторических личностей с этой фамилией не прослеживается, что для редкой фамилии нормально.