Фамилия Килевой — один из тех случаев, когда географическое прозвище оказывается проще и убедительнее, чем попытки искать редкое ремесло или профессию. В основе фамилии лежит слово «кила» или «киль», но не в корабельном значении, а в диалектном. В северных и сибирских говорах «килой» называли небольшой залив, заводь, старицу реки, а также болотистое место, поросшее кустарником. Человек, живший у такой заводи или на болотистом мысу, получал прозвище Кила или Килевой. Со временем это прозвище закрепилось за его потомками.

Суффикс «-евой» в фамилии необычен и сразу обращает на себя внимание. В русской ономастике модель с суффиксом «-евой» (как в фамилиях Боевой, Донской, Полевой) встречается реже, чем стандартные «-ов» или «-ин». Она характерна для фамилий, образованных от прилагательных, и часто указывает на признак, свойство или место. В случае с Килевым это именно адъективная форма: «чей?» — Килевого, то есть потомка того, кто был «килевым» — живущим у килы.

Существует и менее вероятная, но возможная версия, связанная с прозвищем по характеру или внешности. В некоторых говорах «кила» — это грыжа или опухоль, и прозвище Кила мог получить человек с такой болезнью. Однако для фамилии Килевой эта версия выглядит натянутой: обычно прозвища по болезням давали напрямую (Кила, Килов), а суффикс «-евой» здесь был бы излишним и неестественным. Поэтому географическое происхождение — от названия места — представляется основным.

Фамилия редкая, не входит в списки ста наиболее распространённых русских фамилий. Встречается преимущественно на Русском Севере и в Сибири, что подтверждает связь с диалектной лексикой. Носители фамилии Килевой, скорее всего, происходят из крестьянской среды тех регионов, где реки и озёра были главными ориентирами для поселений. Сословная принадлежность — преимущественно крестьяне, реже — мещане.

В написании фамилии возможна путаница: её легко спутать с фамилией Кильевой (от имени Кирилл через форму Киля) или с фамилией Килева, которая может быть женской формой. Но именно форма Килевой мужского рода (склоняется: Килевого, Килевому) чётко указывает на исходное прилагательное-прозвище. Это одна из тех фамилий, где форма сама подсказывает корень: не «чей?» — Килев, а «какой?» — Килевой, то есть относящийся к киле.