В основе фамилии Вавивлов лежит каноническое крестильное имя Вавил, которое пришло на Русь вместе с христианством из Византии. Само имя имеет арамейские корни и переводится либо как «ворота Бога», либо прямо указывает на происхождение человека — «житель Вавилона». Имя это не было широко распространённым, поэтому и фамилия, от него образованная, встречается редко.

Покровителем имени считается святой великомученик Вавила, епископ Антиохийский, известный своей твёрдой верой и мученической кончиной за христианство в III веке. Потомок человека, крещённого именем Вавил, получал фамилию по отцу: сын Вавила становился Вавиловым. Однако написание «Вавивлов» — это не ошибка, а следствие живой народной речи. В диалектах и просторечии звук [в] в середине слова мог озвончать соседний глухой или, наоборот, заменяться на него по принципу ассимиляции. Так «Вавилов» в произношении превращался в «Вавивлов», и это написание закрепилось в документах.

Фамилия Вавивлов, как и Вавилов, относится к типичной русской модели образования с суффиксом -ов, указывающим на принадлежность. Она не имеет отношения к дворянским или купеческим сословиям — это фамилия крестьянская или мещанская, распространённая преимущественно в центральных и южных губерниях России. Спорных версий происхождения у неё нет: всё прозрачно и укладывается в классическую схему от крестильного имени.