Фамилия Илияев — редкий случай, когда корень очевиден, а путь в русский язык — нет. В её основе лежит имя Илия — церковнославянская форма библейского имени Илья (др.-евр. Элияху — «мой Бог — Яхве»). Но если бы фамилию образовали напрямую от русского Илья, мы бы получили Ильин или Ильичев. Илияев же построена по модели, характерной для фамилий из среды духовенства или для выходцев из южнославянских земель.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Илияев — «сын Илии». Но почему не Ильин? В России фамилии на -ин стандартно давались от основ на -а/-я (Илья — Ильин), а на -ов/-ев — от основ на твёрдый согласный. Илия — форма имени, закрепившаяся в богослужебном языке. Поэтому носителем фамилии мог быть либо сын священника, которого в документах записали не мирским именем Илья, а полным церковным Илия, либо человек из среды, где сохранялось книжное произношение.

Есть и вторая версия, менее вероятная, но не исключённая: фамилия могла возникнуть у болгар, сербов или македонцев, у которых форма Илия (Илија) — обычное народное имя. В таком случае Илияев — это русифицированный вариант фамилии Илиев, который принесли переселенцы с Балкан или из южнорусских областей, граничивших с Украиной, где тоже встречается форма Илія.

География фамилии сегодня разреженная. Илияевы встречаются в Закавказье (особенно в Армении и Грузии среди русскоязычного населения), на юге России и в некоторых регионах Украины. Это подтверждает версию о связи либо с духовным сословием (семинаристы часто получали фамилии от церковных имён), либо с миграционными волнами XIX века.

Если сравнивать с однокоренными: Ильин — самая массовая фамилия от этого имени, Илиади — греческий вариант (суффикс -ади), Илиев — болгарский. Илияев стоит особняком: в ней слышна и книжность, и возможная региональная специфика. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) такая модель не описывается как продуктивная для русского языка, что лишний раз подчёркивает её нерядовой характер.