Фамилия Цепильников — редкий случай, когда профессиональное прозвище сохранилось не в «чистой» форме (Цепильник), а с патронимическим суффиксом -ов. Это значит, что в основе лежит не имя отца, а занятие: Цепильник — так в старину называли мастера, который делал цепи или ковал цепные детали. В русских говорах слово «цепь» имело и более узкое значение — например, часть молотильного цепа (било, которое привязывали к рукояти). Поэтому первый Цепильников мог быть не только кузнецом, но и крестьянином, который изготавливал или чинил сельскохозяйственный инвентарь.

Суффикс -ник в основе указывает на деятеля: «тот, кто работает с цепью». Такая модель словообразования типична для русских ремесленных прозвищ (ср. Колесников, Плотников, Свечников). Фамилия не получила широкого распространения — она встречается точечно, преимущественно в центральных и южных регионах России, особенно в Воронежской и Ростовской областях. Это говорит о том, что прозвище не стало общерусским, а закрепилось в конкретных локальных сообществах, где профессия была востребована.

Интересно, что ударение в фамилии плавающее: в одних семьях говорят Цепи́льников, в других — Цепильнико́в. Первый вариант (с ударением на второй слог) ближе к исходному прозвищу, второй — результат общего смещения ударения на окончание в длинных фамилиях, что особенно характерно для южнорусского диалектного ареала.

Однокоренные фамилии (Цепов, Цепкин, Цепелёв) обычно связаны с тем же ремеслом, но Цепильников — самая «специализированная» из них: она прямо называет человека по роду занятий, а не по предмету или действию. В дореволюционных переписях носители фамилии числились преимущественно среди государственных крестьян и мещан — то есть сословий, где ремесло передавалось по наследству, но не давало дворянства.