Фамилия Халилеева — женская форма от Халилеев, и её основа почти наверняка восходит к арабскому имени Халиль (خليل), что значит «близкий друг», «верный товарищ», а в религиозном контексте — «друг Бога» (так называют пророка Ибрахима/Авраама). Мужская форма Халилеев образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам на мягкий согласный или -й. В данном случае исходным могло быть прозвище или неканоническое имя Халилей — то есть человек, связанный с именем Халиль или носивший его в уменьшительно-ласкательной форме.

Интересная деталь: окончание -еев, а не более привычное -иев, указывает на то, что в основе лежало слово с конечным -ей (Халилей), а не -ий (Халилий). Такая модель встречается реже, чем, скажем, -ов или -ин, и говорит о том, что фамилия могла сложиться в среде, где имя Халиль бытовало в народной, адаптированной форме, через тюркское посредничество. У татар, башкир и других тюркских народов имя Халиль (Кәлил) было распространено, и от него через форму Халилей (с тюркским аффиксом принадлежности) и возникла фамилия.

Географически фамилия Халилеева встречается преимущественно в Поволжье и на Урале — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области. Это типичная фамилия для татарской и башкирской среды, где арабские имена с религиозным значением были популярны с принятием ислама. В дворянских родословных книгах Российской империи эта фамилия не фиксируется — её носителями были, скорее всего, крестьяне, ремесленники или купцы из мусульманских общин.

Словообразовательный разбор прост: корень «халил» — имя, суффикс «-ей» — народная форма, суффикс «-ев» — русский патронимический. Фамилия не имеет вариантов с чередованием согласных, и её написание устойчиво. Если искать однокоренные, то это Халилов, Халилуллин, Халилеев — все они восходят к тому же арабскому корню, но с разными способами оформления.