Фамилия Горелых принадлежит к характерному для северных и сибирских регионов России типу фамилий на -их/-ых. Если в средней полосе преобладали фамилии на -ов/-ев (Горелов), то на Русском Севере, в Поволжье, на Урале и в Сибири закрепилась форма родительного падежа множественного числа: «из дома Горелых». Такая модель указывала на принадлежность целой семье или роду: Горелые — это «те, кто живёт у Горелого», или «дети Горелого».

Основа фамилии — прозвище Горелый. В русских говорах так называли человека, пережившего пожар, погорельца. Прозвище могло закрепиться за тем, чей дом сгорел, или за тем, кто жил на пожарище — на горелом месте. В некоторых диалектах «горелый» имело переносное значение: горемыка, бедолага, человек, которого преследуют несчастья. Прямой связи с ремеслом здесь нет — фамилия скорее обстоятельственная, описывающая событие в жизни предка.

В отличие от более распространённой фамилии Горелов (с суффиксом принадлежности -ов), форма Горелых сохраняет архаичный грамматический строй. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Горелый в Вятской, Пермской и Архангельской губерниях — именно там, где фамилии на -их/-ых были нормой. Со временем часть носителей могла сменить окончание на стандартное -ов при переезде в центральные области, но исходная форма устоялась в родовых гнёздах.

В словаре Б. О. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -их/-ых описана как одна из самых древних и локально устойчивых. Горелых — типичный пример такой фамилии: редкая по общероссийским меркам, но не единичная. Её носители — потомки людей, которых в своём окружении знали как «горелых», то есть погорельцев или тех, кто обживал выжженную землю.