Фамилия Киляева — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти наверняка связано с рыбой. Корень «кил-» в северных и сибирских говорах обозначал мелкую рыбёшку, чаще всего снетка или ряпушку, которую сушили и вялили. Человек, получивший прозвище Киляй, мог быть рыбаком, торговцем рыбой или просто щуплым, невысоким — таким, которого в шутку сравнивали с мальком.

Суффикс «-ев» указывает на стандартную модель русских фамилий: «чей?» — Киляев, то есть сын или потомок Киляя. Форма на «-а» в окончании — женский вариант, типичный для многих фамилий, оканчивающихся на согласный. Мужская форма, соответственно, Киляев.

В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) фамилии с корнем «кил-» относят к группе «рыбных» прозвищ, хотя встречаются они реже, чем Щукины, Ершовы или Карасёвы. В некоторых диалектах «киляй» могло означать и задиру, ершистого человека — переносное значение от той же рыбы, которая мелка, но колюча. Какая из версий верна для конкретной семьи, без генеалогического исследования не узнать, но рыбная основа выглядит убедительнее.

Географически фамилия Киляева встречается разрозненно, без ярко выраженного гнезда. Есть носители в Поволжье, на Урале и в Сибири — это как раз те регионы, где был распространён промысел мелкой рыбы. В центральных областях России фамилия редкая, что косвенно подтверждает её диалектное, а не литературное происхождение.

Сословных ограничений у фамилии нет: Киляевы могли быть и крестьянами, и мещанами, и казаками. Заметных исторических фигур с такой фамилией нет, поэтому для большинства носителей это просто наследие предка, которого в деревне знали по меткому прозвищу.