Фамилия Ивлеева — женская форма от Ивлеев, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Ивлей. В основе лежит древнерусское слово «ива» или производное от него имя Ивлей (Ивлий), которое давали по названию дерева. Такие «растительные» имена были распространены в дохристианской Руси: человека могли назвать Ивой, Дубом, Берёзой, веря, что имя передаст ребёнку силу и гибкость дерева.

Суффикс -еев указывает на принадлежность: Ивлеев — сын Ивлея. Модель образования типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда крестьян и посадских людей начинали записывать по отцу. В отличие от фамилий на -ин, которые чаще образовывали от основ на -а/-я, здесь работает суффикс -ев, присоединяемый к основам на мягкий согласный или -й.

Есть и другая версия, менее распространённая: Ивлеев могло произойти от имени Евпл (греч. «хорошо плавающий») через народное переосмысление. Но она слабая — фонетически переход от Евпл к Ивлей неочевиден, а письменных подтверждений в актах XV–XVII веков почти нет. Куда убедительнее связь с корнем «ив-»: в писцовых книгах XVI века встречаются крестьяне Ива, Ивка, Ивлец.

Географически фамилия Ивлеевых привязана к центральным и северным губерниям России — Вологодской, Костромской, Ярославской. В этих краях ива растёт повсеместно, и прозвище по дереву было естественным. Среди Ивлеевых редко встречались дворяне: в большинстве своём это крестьяне и мещане, что подтверждается переписными книгами XVIII–XIX веков.

Современный вариант Ивлеева закрепился как женская форма, но в быту до революции женщину могли записать как «Ивлеева дочь» или «Ивлеева жена». Фамилия не редкая, но и не массовая: по данным середины XX века, она входит во вторую сотню по частоте среди русских фамилий.