Фамилия Гиллих — редкий для России пример фамилии немецкого происхождения, сохранившейся в исконной орфографии. Её основа напрямую связана с германским личным именем Гилле (Gille), которое является краткой формой от имени Эгидий (лат. Aegidius) или же от сложносоставных имен с элементом gīsal (древневерхненемецкое «заложник», «потомок»). Суффикс -их (-ich) в немецкой ономастике — типичный патронимический показатель, указывающий на принадлежность к роду: «Гиллих» буквально означает «потомок Гилле», «сын Гилле». Таким образом, фамилия образована по той же модели, что и распространенные немецкие фамилии на -ich (например, Кёниг, Фридрих), но с сохранением мягкого окончания.

В России фамилия Гиллих встречается в основном среди потомков немецких колонистов, переселившихся в XVIII–XIX веках по приглашению Екатерины II. Основные регионы бытования — Поволжье (бывшая Самарская и Саратовская губернии) и юг Украины (Запорожская, Одесская области). Встречается также в Прибалтике, где немецкое дворянство и горожане составляли значительную часть населения. Из-за редкости фамилии её носители часто принадлежали к одной семейной ветви, что подтверждается данными метрических книг лютеранских приходов.

Словообразовательная модель фамилии нехарактерна для славянских языков: в русском языке нет суффикса -их в роли родового показателя (он есть, но в форме -их/-ых для фамилий типа Седых). Поэтому фамилия Гиллих не подверглась русификации — её не переделывали в Гиллихов или Гиллихин. Это говорит о том, что носители долгое время сохраняли национальную идентичность и язык, а фамилия фиксировалась в документах именно в немецком написании.

С точки зрения социального контекста, Гиллихи в Российской империи были преимущественно крестьянами-колонистами или ремесленниками, реже — лютеранами-горожанами. В советское время фамилия встречалась среди специалистов (инженеры, врачи) немецкого происхождения, осевших в городах. Сегодня фамилия остаётся редкой: по открытым данным, в России её носят не более нескольких десятков человек, в основном в Саратовской, Волгоградской областях и в Москве.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то в немецком языковом пространстве встречаются варианты Гиллих (Gillich), Гилли (Gille), Гильман (Gillmann). Все они восходят к одному корню, но различаются суффиксами: -ич, -е, -ман. Русский аналог по смыслу — фамилия Гилёв (от имени Гиля), но это уже славянская модель с суффиксом -ев.