Фамилия Кепелаев — редкая и с неочевидной этимологией. В ней нет распространённого славянского суффикса -ов-, но есть окончание -ев, которое указывает на русскую модель образования: «чей?» — Кепелаев, то есть сын или потомок человека по прозвищу Кепелай. Основа фамилии — Кепелай — скорее всего, тюркского происхождения. В ряде тюркских языков (кумыкском, ногайском, карачаево-балкарском) слово «кепел» или «кепелей» может означать «толстый», «пухлый», «увалень». Прозвище Кепелай могли дать человеку за полноту или медлительность, но не обязательно с насмешкой — в традиционных обществах такие прозвища часто становились нейтральными семейными именами.

Другая, менее вероятная версия связывает основу с арабским «кепел» (кафедра, купол) или с тюркским «кепе» (шапка, колпак), но в таком случае фамилия должна была бы звучать иначе — Кепеев или Кепелов. Форма Кепелаев предполагает наличие суффикса -лай, который характерен для тюркских имён и прозвищ, обозначающих склонность к чему-либо (сравните: Копалай, Топалай). То есть Кепелай — «тот, кто кепел», «толстяк».

Географически фамилия встречается в Дагестане, Чечне и среди кумыков, реже — у ногайцев и астраханских татар. Это указывает на северокавказский или прикаспийский очаг происхождения. В русских документах XIX века такую фамилию могли записать у выходцев из горских обществ, переходивших на оседлость или служивших в казачьих войсках. Сословно носители фамилии, скорее всего, относились к свободным крестьянам или узденям (в Дагестане — к сословию «уздень»), реже — к духовенству.

Сравните с однокоренными фамилиями: Кепелов, Кепелян (армянский вариант с суффиксом -ян), Кепалаев. Все они редки и восходят к одному кругу прозвищ. В современной России фамилия Кепелаев сохраняется в основном в Дагестане и Чечне, за пределами Кавказа почти не встречается.