Фамилия Ильяев — типичный пример русской фамилии, образованной от крестильного имени. В основе лежит каноническое мужское имя Илья — русская форма древнееврейского имени Элияху, что означает «мой Бог — Яхве». Фамилия построена по простой и распространённой модели: к имени добавили суффикс принадлежности -ев (фонетический вариант суффикса -ов после мягкого согласного). Получается, что Ильяев — это «сын Ильи» или «потомок Ильи».

Интересно, что суффикс -ев указывает на происхождение фамилии из среды, где имя Илья произносили с мягким окончанием. В северных и центральных говорах имя могло звучать как Илья, а в южных — как Илья́ с ударением на последний слог, что дало бы форму Ильин. Фамилия Ильяев тяготеет к северо-восточному ареалу — её чаще встречали в Вологодской, Архангельской, Костромской губерниях, а также в Поволжье. Там суффикс -ев после мягкого знака был нормой.

Есть и другая, менее вероятная версия. В некоторых говорах слово «илья» могло быть прозвищем — так называли человека, родившегося в Ильин день (2 августа) или имевшего отношение к празднику. Но в таком случае фамилия чаще принимала форму Ильин, а не Ильяев. Поэтому основная гипотеза остаётся патронимической: от имени Илья.

Фамилия не относится к числу дворянских или старинных боярских — её носителями были в основном крестьяне, реже мещане и духовенство. В синодиках и писцовых книгах XVII века Ильяевы встречаются среди посадских людей и черносошных крестьян. Ономастический словарь Б. Унбегауна относит эту модель к базовым русским фамилиям, образованным от полных форм имён, что говорит о её древности и массовости.

Если сравнивать с однокоренными, то Ильяев стоит рядом с Ильиным, Ильюшиным, Ильичевым. Разница только в суффиксе: -ин указывает на принадлежность напрямую («Ильин» = «Ильин сын»), а -ев — на ту же принадлежность, но через форму родительного падежа с окончанием -я. В быту фамилию могли путать с Ильевым — уменьшительной формой от того же имени, но с другим суффиксом.