Фамилия Гаврилычев образована от имени Гаврила — народной формы крестильного имени Гавриил (в переводе с древнееврейского «божественный воин»). Такое чередование гласных в корне — Гаврил- / Гаврил- — характерно для русской народной речи, где имя Гавриил упростилось до Гаврила. В основе фамилии лежит притяжательное прилагательное «Гаврилычев», то есть «сын Гаврилы». Суффикс -ычев указывает на принадлежность к отцу и типичен для русских фамилий, образованных от имён на -а, -я: Гаврила → Гаврилычев, как Илья → Ильичев, Кузьма → Кузьмичев.

Интересно, что суффикс -ычев в русской ономастике встречается реже, чем -ов или -ин, и чаще закреплялся в северных и центральных регионах России. Фамилия Гаврилычев могла возникнуть в среде крестьян или посадских людей, где отчество в форме притяжательного прилагательного постепенно перешло в наследственное фамильное прозвание. В документах XVII–XVIII веков встречаются варианты Гаврилов, Гаврилин, но форма с -ычев — более редкая и локальная.

Однокоренные фамилии — Гаврилычев, Гаврилин, Гаврилов, Гаврилко — все восходят к одному имени, но различаются по суффиксам и географии. Гаврилычев, скорее всего, бытовал в тех местах, где имя произносили с ударением на второй слог: Гаври́ла, а не Га́врила. Это характерно для говоров Поволжья и некоторых областей Северо-Запада. В современной России фамилия встречается нечасто, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска — вероятно, все носители происходят из одной или нескольких смежных местностей.