Potrebbe derivare dalla forma ipocoristica latina Antonillus (piccolo Antonio).
Si trovano tracce di questa cognominizzazione nella Lista degli Scolari dell'Università di Perugia, sotto l'anno 1559, dove compare un certo Andreas Antonillus.
Il cognome Antonilli è specifico dell'iserniese con piccole presenze anche nel Lazio meridionale.
Il cognome Antonilli è 272° nella regione Molise Il cognome Antonilli è 52° nella provincia di Isernia Il cognome Antonilli è 2° nel comune di SANT'AGAPITO (IS)