Фамилия Килейко — характерный образец западнорусского, скорее всего белорусского или украинского, семейного имени, образованного при помощи уменьшительно-ласкательного суффикса -к- и патронимического окончания -о. Если отбросить типовую флексию, в основе лежит имя или прозвище Килей, Киль. Такая модель (основа на -ей + суффикс -к-о) типична для восточнославянских фамилий, особенно в ареале, где распространены «усечённые» формы крестильных имён.

Вероятнее всего, Килей — это народная форма канонического имени Акила (от лат. aquila — «орёл»). В православных святцах имя встречается редко, но на Украине и в Белоруссии оно давало целый ряд производных: Килей, Килько, Килин. В пользу этой версии говорит и то, что фамилии на -ейко (Килейко, Лазейко, Матвейко) особенно часты в Гродненской, Минской и Волынской губерниях — на землях, где церковные имена активно перерабатывались в бытовые формы.

Менее распространённая, но возможная версия связывает основу с прозвищем от глагола «килять» (в диалектах — «хромать», «ковылять»). Тогда Килей могли прозвать человека с особой походкой. Однако для фамилий на -ейко первичной почти всегда выступает именно лично-именная основа, а не нарицательная: суффикс -ейко в XVI–XVII веках был одним из главных маркеров «сыновства» в белорусской и украинской антропонимии.

Фамилия не принадлежала к дворянским или купеческим родам — её носители, судя по архивным записям XIX века, в основном были крестьянами и мещанами западных губерний Российской империи. Встречается она и сегодня: по данным переписей, Килейко живут в Беларуси, на западе Украины, а также в Польше (в форме Kilejko), куда фамилия попала с переселенцами в ходе обмена населением после Второй мировой войны.

В русском языке фамилия склоняется как существительное мужского рода второго склонения (Килейко, Килейка, Килейку), но в женском варианте остаётся неизменяемой. Ударение, судя по живой речи носителей, фиксированное — на втором слоге: Киле́йко.