Фамилия Килиян — одна из тех, что сразу выдают географическое происхождение. Её основа — мужское имя Килиан (варианты: Киллиан, Цилиан), которое в Западной Европе носил ирландский святой, проповедовавший в Германии в VII веке. Однако в русском контексте фамилия, скорее всего, не напрямую связана с этим именем, а пришла через южнославянские или румынские земли, где имя Килиан (или Килиян) бытовало в народной форме. На это указывает суффикс -ян, характерный для фамилий армянского, болгарского, молдавского и гагаузского происхождения. В русской традиции такие фамилии часто возникали у переселенцев из Бессарабии, Молдавии или Болгарии.

Словообразовательная модель проста: к основе Килия- (от имени) добавили патронимический суффикс -ян, который означает «сын Килия» или «принадлежащий роду Килиянов». В отличие от русских фамилий на -ов/-ев, которые фиксируют отчество по отцу, суффикс -ян в южнославянских и армянских языках мог указывать на принадлежность к целому роду или селу. Поэтому предки носителя фамилии Килиян, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками, переселившимися в Российскую империю в XVIII–XIX веках из балканских регионов.

Есть и более редкая версия: фамилия могла возникнуть от топонима Килия — города в Одесской области Украины, расположенного в дельте Дуная. Тогда Килиян — это прозвище человека, родом из этого города. Однако против этой версии говорит то, что топонимические фамилии на -ян для украинских и русских земель нетипичны, а вот для молдавских и болгарских — обычны. Так что версия с именем выглядит убедительнее.

Фамилия редкая, в дореволюционных списках встречается в основном в Бессарабской губернии, а также среди армянских общин юга России. В современной России носители Килиян рассеяны, но чаще всего их можно встретить в Краснодарском крае, Ростовской области и в Москве.