Фамилия Фрайлих — немецкая по происхождению, и её значение прозрачно для любого, кто знаком с немецким языком. В основе лежит прилагательное frei (свободный) или freudig (радостный), а точнее — слово freilich, которое в верхненемецких диалектах могло означать «вольный», «радостный», «светлый». Однако чаще всего фамилию выводят из средневерхненемецкого vrīlich («свободный», «независимый»). Это прозвище, которое давали человеку вольного нрава, не состоящему в крепостной зависимости, или же тому, кто отличался весёлым, открытым характером. В славянской среде, куда фамилия попала вместе с немецкими переселенцами (особенно в Прибалтике, на Волыни и в Поволжье), её нередко переосмысляли, но звуковая основа оставалась устойчивой.

Модель образования типична для немецких фамилий-прозвищ: основа — прилагательное, суффикс отсутствует, окончание нулевое. Фрайлих — это не патроним (как русские фамилии на -ов или -ин), а характеристика, закреплённая за человеком или семьёй. В немецкой ономастике такие фамилии называют Übername (прозвищные). Интересно, что в немецких диалектах встречается вариант Freilich, а написание через «х» на конце (Фрайлих) — это русская транслитерация, где конечный звук [ç] (их-лаут) передаётся как «х», хотя в оригинале он мягче.

География фамилии связана с регионами исторического расселения немцев. В России и на постсоветском пространстве Фрайлих встречается у потомков немецких колонистов, приглашённых Екатериной II, а также у еврейских носителей, у которых фамилия могла быть искусственно присвоена в XIX веке (в черте оседлости немецкие фамилии давали часто, выбирая «красивые» слова). В самой Германии фамилия Freilich распространена в землях Баден-Вюртемберг, Бавария и Гессен, что указывает на южнонемецкий ареал её возникновения.

Спорных версий немного: некоторые исследователи допускают связь с топонимом Фрайлих (деревня в Австрии), но это скорее редкий случай — фамилия явно прозвищная, а не топонимическая. В словаре немецких фамилий (например, у Бахова или Унбегауна в разделе о немецких фамилиях в России) она фиксируется как «радостный, свободный». Таким образом, предки носителя фамилии Фрайлих с высокой вероятностью были людьми независимого положения или жизнерадостного нрава, а сама фамилия сохранила звучание немецкого диалекта, почти без изменений перейдя в русский язык.