Фамилия Гилаев, скорее всего, образована от тюркского женского имени Гюлай, что в переводе означает «розовый месяц». Это наиболее правдоподобная версия среди нескольких существующих. Менее вероятно, что в основе лежит азербайджанское имя Джилан («ежевика») или арабское женское имя Гиля («хитрость»).

Словообразовательная модель здесь простая: к основе имени Гюлай добавили русский патронимический суффикс -ев, характерный для фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или «й». Так тюркское имя превратилось в фамилию, отвечающую на вопрос «чей?» — то есть потомок Гюлая.

Фамилия бытует преимущественно в татарской и башкирской среде, что подтверждает её происхождение от тюркского имени. Самый известный носитель — Айрат Гилаев, чемпион России и мира по татаро-башкирской борьбе куреш.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то встречаются также варианты Гилаев и Гилаев, но написание через «и» закрепилось как основное. Встречаемость фамилии невысокая, что говорит о её относительно позднем оформлении или узкой локальной распространённости.