Фамилия Зимилова — женская форма фамилии Зимилов, а та образована от прозвища или нецерковного имени Зимило. Основа здесь — «зима», и это сразу указывает на самую вероятную версию происхождения: прозвище Зимило могли дать человеку, родившемуся в зимнее время. На Руси такие «календарные» имена были распространены: Мороз, Студень, Зима, Вешняк — их давали не в шутку, а как второе, бытовое имя, чтобы уберечь ребёнка или просто отличить от тёзок.

Модель образования простая: суффикс -ил- в основе «зим» дал имя Зимило (по аналогии с Ярило, Купало — древние славянские имена на -ило). Затем к основе Зимил- добавился типичный русский патронимический суффикс -ов, и получилась фамилия Зимилов, означавшая «сын Зимилы». Женская форма Зимилова закрепилась по правилу: дочь или жена Зимилова.

Есть и вторая, менее распространённая версия: прозвище могло относиться к человеку с холодным, «зимним» характером — сдержанному или суровому. Но в ономастике (словарь Б. Унбегауна, работы В. Никонова) приоритет отдают именно «родильной» версии: такие имена давали по времени года чаще, чем по чертам характера.

Географически фамилия Зимиловы встречается в центральных и северных областях России, где зима — яркая примета быта. Встречаются записи в переписях Вологодской, Костромской, Ярославской губерний. Фамилия не редкая, но и не массовая: по сравнению с Зимиными (от той же основы, но с другим суффиксом) Зимиловых меньше — примерно в 10–15 раз.

Что интересно: суффикс -ил- в русских фамилиях встречается нечасто. Если Зимины — стандартная модель «основа + -ин», то Зимиловы сохранили более архаичную, «прозвищную» форму. Это значит, что предок носителя фамилии, скорее всего, носил именно имя Зимило, а не просто «зима» в качестве прозвища.