Фамилия Кукелев — редкий случай, когда основа прозвища почти наверняка связана с птицей. В русских говорах «кукель» или «кукша» — это лесная птица из семейства врановых, то же, что сойка или ронжа. Прозвище Кукель могли дать крикливому, нарядному или суетливому человеку, которого сравнивали с этой яркой и шумной птицей. Слово имеет звукоподражательное происхождение: «ку-ку» или «кук» — и в разных славянских языках родственно названиям кукушки и других птиц с похожим криком.

Модель образования проста: к основе «Кукель» добавили патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («чей сын?» — Кукелев). Такая форма типична для фамилий, возникших из прозвищ или мирских имён в центральной России и Поволжье. В отличие от фамилий на -ин, которые образуются от основ на -а/-я, суффикс -ев крепится к мягкой или шипящей основе, как в данном случае.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: от тюркского имени Кукель (уменьшительное от «кук» — небесный, голубой). Но она слабая, потому что фамилия Кукелев практически не встречается в регионах с сильным тюркским влиянием, зато фиксируется в старых писцовых книгах Новгородской и Вятской губерний — там, где было распространено именно прозвище Кукша. Вятка вообще дала много «птичьих» фамилий: Соколов, Воробьёв, Кукушкин — и Кукелев вписывается в этот ряд.

Написание фамилии устойчивое: через «е» в суффиксе, никаких вариантов с «и» или «а» в корне. Носители фамилии — потомки крестьян и посадских людей, которым прозвище Кукель дали не в насмешку, а по характерной черте: возможно, за манеру одеваться пёстро или за голос. В современных справочниках фамилия числится как редкая, с концентрацией в Кировской и Нижегородской областях.