Фамилия Ваваилов — редкий случай, когда основа угадывается не сразу, а при ближайшем рассмотрении оказывается связана с крестильным именем. В её основе лежит имя Ваваила — народная, обиходная форма канонического имени Вавила. Церковное имя Вавила (от греческого названия города Вавилон) в русской среде давали в честь святого мученика Вавилы, епископа Антиохийского. В просторечии имя переосмыслили, и оно приобрело вид, более привычный для русского уха: с окончанием -ила, как у имён Данила, Гаврила, Михаила. От этого варианта и пошла фамилия Ваваилов.

Суффикс -ов указывает на стандартную модель русских фамилий: «чей?» — Ваваилов, то есть сын Ваваилы. Такая форма закрепилась в центральных и северных губерниях России, где патронимы на -ов были наиболее распространены. В южных и западных регионах того же человека могли бы записать как Ваваиленко или Ваваильчук, но фамилия Ваваилов — великорусская по своему типу.

Интересно, что имя Вавила в народе иногда связывали с глаголом «вавить» — говорить путано, неясно, или с диалектным «вава» — что-то детское, несерьёзное. Однако в данном случае фамилия имеет не прозвищное, а именно крестильное происхождение. Путаница с корнем «вава» могла возникнуть уже позже, когда имя вышло из обихода и стало непонятным.

Фамилия встречается крайне редко. Основной ареал — центральные области России, единичные записи есть в Вологодской и Костромской губерниях по данным XIX века. В переписях XX века фамилия почти не фиксируется, что может говорить о её угасании или о смене написания на более привычное — Вавилов. Вторая версия правдоподобнее: при паспортизации в советское время необычную форму Ваваилов могли исправлять на стандартную Вавилов, так что современные носители фамилии Вавилов вполне могут быть потомками тех Ваваиловых, чья фамилия претерпела орфографическую унификацию.