Фамилия Гаврилей образована от производной формы крестильного мужского имени Гавриил — Гаврила. В переводе с древнееврейского это имя означает «божественный воин». В основе фамилии лежит не полная церковная форма, а разговорный вариант, который был широко распространён в быту.

Модель образования здесь необычная. Фамилия Гаврилей появилась с помощью суффикса -ей. В древнерусской традиции этот суффикс (наряду с -ий, -ай) выполнял роль притяжательного показателя: Гаврилей буквально значило «сын Гаврилы». Со временем суффикс утратил прямое значение родства и закрепился как фамильный. Такая словообразовательная модель встречается реже, чем стандартные -ов/-ев или -ин, что делает фамилию Гаврилей ономастически ценной.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским землям, где суффикс -ей в фамилиях встречается чаще, чем в центральной России. Это косвенно указывает на возможное происхождение рода из регионов, где были сильны польские или малороссийские влияния на антропонимию.

В ономастике нет единого мнения, считать ли такие фамилии «застывшей формой родительного падежа» или результатом прямого прозвищного именования. Однако в случае с Гаврилей версия с притяжательным значением выглядит правдоподобнее, поскольку основа имени очевидна и не требует дополнительных семантических допущений.