Фамилия Килевая — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия и не географическое название, а слово, связанное с корабельным делом или внешностью. Самая прямая версия: от существительного «киль» — продольная балка, основа корпуса судна. Прозвище Килевой могли дать человеку, который строил или ремонтировал корабли, либо моряку, чья работа была связана с килем. В говорах «килевой» иногда называли и рыбака, промышлявшего на судне с заметным килем.

Но есть и второй, бытовой смысл. В диалектах «кила» — это грыжа или опухоль. Тогда Килевой — человек с такой болезнью или, в переносном смысле, кто-то сутулый, сгорбленный, напоминающий формой «килу». В старину прозвища по физическим особенностям давали часто, и они легко закреплялись за родом.

Фамилия образована по модели притяжательных прилагательных с суффиксом -ев- (Килев + -ая). Форма Килевая — женская или субстантивированная, то есть закрепившаяся в документах как фамилия для женщины. Мужской вариант — Килев или Килевой. Встречается такая фамилия преимущественно на Русском Севере и в Сибири, где было развито судоходство и рыбный промысел.

Однокоренные фамилии — Киль, Килев, Килькин, Кильчевский — все они восходят к тому же корню, но с разными суффиксами и окончаниями. Килевая стоит особняком из-за окончания -ая, что указывает на возможное происхождение из прозвища, которое не успело перейти в мужскую форму.

Сословного барьера у фамилии не было: её мог носить и крестьянин-помор, и мастеровой на верфи. В дворянских родословных книгах она не зафиксирована, что подтверждает народное, ремесленное происхождение.