Фамилия Котылев — редкий случай, когда основа вызывает больше споров, чем суффикс. Модель образования прозрачна: суффикс -ев присоединялся к основам на мягкий согласный или -й. Значит, исходное прозвище или имя звучало как Котыль. Вопрос в том, что скрывается за этим словом.

Самая прямая версия отсылает к слову «котёл». В диалектах «котыль» — уменьшительная форма, почти то же, что «котёлок». Но прозвище Котыль мог получить не только котельщик или медник. В переносном смысле так называли человека круглого, плотного или, наоборот, того, кто «кипит» — вспыльчивого, шумного. Второй вариант: «котыль» в некоторых говорах означало «костыль», «клюка». Тогда прозвище давали хромому или тому, кто ходил с опорой. Третья версия, менее вероятная, — от имени Кот (уменьшительное от Константин) через форму Котыль, но для этого нет надёжных диалектных подтверждений.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России. Встречается в Воронежской, Тамбовской, Рязанской губерниях — там, где активно бытовали говоры с формой «котыль». Встречается и вариант написания Катылев — это следствие аканья, когда в безударном положении «о» переходило в «а» и закреплялось в документах.

С социальной точки зрения Котылевы — скорее всего, потомки крестьян или ремесленников. Суффикс -ев указывает на патронимическое происхождение: «чей?» — Котылев, то есть сын или потомок Котыля. Дворянские роды с такой фамилией не известны, в родословных книгах она не значится.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Котлов, Котелев — подтверждает, что основа связана с котлом или котелком, а не с животным. Котылев стоит в том же ряду, что и Котельников, но с более личной, прозвищной основой.