Фамилия Гарилёв — сравнительно редкая, но её происхождение укладывается в несколько типичных для русских фамилий моделей. Суффикс -ёв указывает на притяжательное значение: «чей?» — Гарилёв, то есть сын или потомок человека по прозвищу или имени Гарило. Форма Гарило — это неканонический, народный вариант крестильного имени Гавриил, которое в русской традиции часто звучало как Гаврила, а в просторечии — Гарила или Гарило. Именно от этой краткой, усечённой формы и пошла фамилия. Ударение на последний слог — типичный признак фамилий, образованных от имён на -ила: Гаврилов, Данилов, Кирилов — в ряде говоров они получали ударное окончание -ёв.

Вероятнее всего, предок носителя фамилии Гарилёв носил имя Гарило (Гаврила) или, что тоже возможно, прозвище Гарило, которое могло быть дано человеку с соответствующим именем. Менее убедительна, но теоретически допустима версия, связывающая фамилию с глаголом «гарить» (гореть, палить) — в таком случае прозвище Гарило мог получить тот, кто работал с огнём: кузнец, смолокур, угольщик. Однако эта гипотеза слабее: суффикс -ил- в прозвищах, образованных от глаголов, встречается реже, чем в именах, и обычно даёт фамилии на -илов (Гарилов), а не на -илёв.

Географически фамилия Гарилёв тяготеет к центральным и северным областям России, где имя Гавриил было особенно популярно. Встречается она и в Беларуси, где форма Гарила также была распространена. По сословному составу это типичная крестьянская или мещанская фамилия — люди с таким именем-прозвищем редко попадали в высшие слои общества. Сравнение с однокоренными фамилиями (Гарилов, Гарилин, Гареев) показывает, что Гарилёв — одна из вариаций, закрепившаяся в конкретной местности благодаря особенностям местного произношения: там, где говорили «Гарило», а не «Гарила», потомки становились Гарилёвыми, а не Гариловыми.