Фамилия Гаврильев — один из тех случаев, когда за привычным русским окончанием -ев скрывается нестандартная именная основа. В подавляющем большинстве фамилий на -ов/-ев корень — это краткая народная форма имени (Гаврила → Гаврилов). Но здесь основа — Гаврилий, полное церковное имя, а не его обиходный вариант. В этом главная особенность фамилии.

Имя Гаврилий — прямая производная от канонического Гавриил. В переводе с древнееврейского оно означает «божественный воин» или «моя сила — Бог». Однако в русской бытовой среде имя Гавриил чаще превращалось в Гаврилу, поэтому форма Гаврилий встречалась реже и, как правило, в среде грамотных людей или духовенства, где стремились к точности церковного именослова.

Суффикс -ий в основе Гаврилий — не случайность. В украинской и южнорусской традиции этот суффикс использовали для образования притяжательных прилагательных: «Гаврилий» буквально означало «тот, кто относится к Гаврилу», «принадлежащий Гаврилу». По этой же модели возникли фамилии Васильев, Юрьев — от полных форм Василий, Юрий, а не от Василь, Юр. Так и Гаврильев: сначала человека называли «Гаврилий сын», а затем это закрепилось как наследственное прозвание.

Возможен и другой путь: фамилия могла образоваться от имени Гаврил (или Гаврила) — просторечной формы Гавриила. Тогда суффикс -ий выполнял ту же роль принадлежности, но уже к обиходному имени. В этом случае родоначальник Гаврильевых был человеком из простого сословия, где имя Гаврила было распространено повсеместно.

Таким образом, потомок человека по имени Гаврилий или Гаврил со временем получил фамилию Гаврильев. Ударение в ней традиционно падает на второй слог: Гаври́льев, что отличает её от более частого варианта Гаври́лов. Фамилия встречается по всей России, но заметно чаще в северных и центральных областях, а также среди потомков украинских переселенцев, где форма на -ий сохранялась дольше.