Фамилия Илаев образована от личного имени Илай. В основе этого имени, скорее всего, лежит тюркское слово «ил» (или «иль») — многозначное понятие, которое в разных контекстах означало «страна», «государство», «родина», «родной край», а в переносном смысле — «народ», «племя», «семья», а также «мир», «спокойствие» и «благое намерение». Уменьшительно-ласкательный суффикс -ай, характерный для тюркских языков, превращал эту основу в личное имя, которое затем и закрепилось в русской фамилии.

Модель образования проста: к основе Илай добавили русский патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («сын Илая»). Так фамилия Илаев органично вписалась в систему русских фамилий, сохранив при этом тюркские корни. По этой же модели образованы, например, фамилии Ахмадеев, Рамазанов или Мингалев — все они берут начало от тюркских личных имен.

Географически фамилия Илаев чаще всего встречается в Поволжье и на Урале — регионах, где веками жили бок о бок русские и тюркские народы (татары, башкиры, чуваши). Это подтверждает её происхождение от тюркского имени, которое могло принадлежать предку-мусульманину, принявшему православие, или же просто человеку, носившему тюркское прозвище в русскоязычной среде.

В ономастических справочниках фамилия не относится к числу древних дворянских — её носителями в основном были крестьяне и мещане. Встречаются два варианта ударения: на первый слог (И́лаев) и на второй (Ила́ев). Первый вариант чаще фиксируется в русской среде, второй — в тюркской, где ударение в именах обычно падает на последний слог.