Фамилия Гулейков образована от прозвища или имени Гулейко — уменьшительной формы с суффиксом -ейк-, характерным для западнорусских и украинских говоров (ср. Андрейко, Петрейко). Основа Гул- восходит к древнерусскому глаголу «гулять» в значении «бездельничать, веселиться, проводить время в праздности» или к слову «гуль» — шум, гам. В ономастике такие прозвища давали человеку непоседливому, любителю погулять или, наоборот, тому, кто отличался шумным нравом. Есть и менее вероятная версия: связь с диалектным «гуля» — голубь (в некоторых говорах), но тогда ожидалась бы форма Гуляев или Гулин, а не Гулейков.

Суффикс -ов в финале указывает на типичную русскую патронимическую модель: Гулейков буквально значит «сын Гулейка». Подобные фамилии массово закрепились в XVI–XVII веках, когда крестьян и посадских людей записывали по отцу. Если бы фамилия возникла раньше или в южнорусских землях, она могла бы принять форму Гулейченко или Гулейко без суффикса.

Географически фамилия тяготеет к западу России: чаще всего она встречается в Смоленской, Брянской, Псковской областях, а также в Беларуси. Это подтверждает и характерный суффикс -ейк-, который в центральных и северных регионах заменялся бы на -к- или -ик- (Гульков, Гуликов). В старых переписных книгах XVII века носители фамилии могли числиться среди крестьян или однодворцев, но точных сведений о сословной принадлежности без генеалогического поиска нет.

Современное написание с буквой «е» после «л» — результат адаптации к русской орфографии: в исходных говорах ударение падает на второй слог (Гулейко́в), и «е» произносится как «э» или редуцируется. В редких вариантах встречается написание Гуляйков — оно могло возникнуть под влиянием диалектного произношения или путаницы с фамилией от слова «гуляй».