Фамилия Еллис — редкий случай в русском ономастиконе, где западноевропейская основа почти не изменила графику, но приобрела русский суффикс принадлежности. Вопреки ожиданиям, это не английская фамилия Ellis, перенесённая без изменений. В русской среде её образовали от прозвища или имени Елл(а) по модели «чей?» — Еллин, а затем, под влиянием письменной фиксации, конечное -ин заменили на -ис. Такая замена встречается у фамилий на -ин, попавших в среду, где суффикс -ин не воспринимался как патронимический (например, в южнорусских или украинских говорах), или при канцелярской ошибке переписчика.

Основа Елл- восходит к краткой форме крестильного имени Еллий (от греческого «гелиос» — солнце) либо к просторечному варианту имени Елена — Елла. В последнем случае фамилия означала бы «сын Еллы» или «человек Еллы». Менее вероятна связь с греческим «эллин» (грек) — для этого в русском языке существовала форма Еллинъ, от которой образовалась бы фамилия Еллинов, а не Еллис.

Географически фамилия Еллис тяготеет к югу России и Украине: встречается в документах XIX века среди мещан и однодворцев Курской, Харьковской и Екатеринославской губерний. Это говорит о том, что носители не принадлежали к дворянству или духовенству, а были выходцами из крестьян или посадских людей, получивших фамилию по отцу или по прозвищу. В отличие от массовых фамилий на -ов/-ев, модель с суффиксом -ис (из -ин) указывает на локальную особенность — возможно, влияние польской или белорусской традиции, где -ин переходил в -ич или -ис.

В дореволюционных метрических книгах фамилию иногда записывали как Еллинъ или Елис, что подтверждает её подвижность в написании. Современные носители фамилии Еллис, как правило, русские или украинцы, а не потомки английских переселенцев — это ошибочное, но распространённое мнение.