Фамилия Хмилёва — женская форма фамилии Хмилёв. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Хмиль. В русском языке слово «хмиль» — диалектный вариант «хмель». В говорах северных и центральных областей России (например, в архангельских, вятских, пермских) «хмиль» фиксируется в значении «хмель» как растение и как состояние опьянения. Сравните: «хмильной» — пьяный, «хмильнуть» — выпить.

Таким образом, корень фамилии — не редкое украинское «хміль» (хмель), а именно русское диалектное «хмиль» с твёрдым «х» и «и» в корне. Фамилии на -ёв (-ев) типичны для севернорусского ареала: они образуются от основ на мягкий согласный (Хмиль → Хмилев). Форма Хмилёва с ударным «ё» характерна для тех же говоров.

Прозвище Хмиль мог получить человек, имевший отношение к хмелеводству: сажал хмель, торговал им, варил пиво. Но более вероятно, что прозвище было ироническим — так называли любителя выпить, «хмильного» человека. Такие прозвища в крестьянской среде были обычны: Трезор, Пьянко, Хмель.

Фамилия редкая. Встречается преимущественно на Русском Севере и в Поволжье — в Вологодской, Кировской, Нижегородской областях. Встречаются варианты написания: Хмелёв (от литературного «хмель») и Хмилёв (от диалектного). Хмилёва — форма, сохранившая диалектную фонетику, что указывает на давнюю, локальную традицию.

Однокоренные фамилии: Хмелёв, Хмельков, Хмельницкий. Но Хмилёв стоит особняком — он не книжный, не «барский», а народный, от живого говора.