Фамилия Брыляков напрямую связана с прозвищем Брыляк, которое давали человеку с толстыми, отвислыми губами. В русских говорах слово «брылы» как раз и означало губы — чаще всего крупные, выдающиеся вперёд. Такая прозвищная модель очень типична для русских фамилий: внешняя примета становилась именем, а потом и фамилией рода.

Словообразовательно фамилия проста и прозрачна: прозвище Брыляк плюс типичный русский патронимический суффикс -ов. Суффикс -ак (-як) в прозвищах часто придавал оттенок характерности: Брыляк — тот, у кого заметные брылы. Подобным образом образованы, например, Губа́рь, Носа́к, Уша́к. В отличие от фамилий на -ин, которые чаще шли от имён на -а/-я, Брыляков закрепился именно по модели «прозвище + ов».

Встречается фамилия в основном в центральных и южнорусских регионах, особенно в бывших Курской, Воронежской и Рязанской губерниях — там слово «брылы» было в ходу. В документах XVII–XVIII веков можно найти однокоренные прозвища: в 1646 году в Воронеже записан «Сенка Брыла», а в 1676 году в Рязанском уезде упоминается «Ивашко Брыляков». Это указывает на давнее бытование основы.

Другие версии происхождения менее убедительны. Иногда Брылякова пытаются связать с польским «bryla» (глыба, ком) или с диалектным «брылять» (шататься, бродить без дела), но эти гипотезы не объясняют прямого словообразовательного ряда — от «брылы» к «Брыляк» и «Брыляков». Связь с губами остаётся основной и подтверждается и лексикой, и географией фамилии.