Фамилия Леилова — редкий случай, когда основа слова почти не поддаётся однозначной этимологии. На первый взгляд она похожа на отчество от женского имени Леила (араб. «ночь»), популярного у народов Кавказа и Средней Азии. В азербайджанской, дагестанской или татарской среде фамилии на -ов/-ова от таких имён обычны: Леилов, Леилова. Если это так, то предок носительницы фамилии — человек, которого звали Леилой (возможно, в честь героини поэмы Низами «Лейли и Меджнун»). Но здесь есть загвоздка: в тюркских и кавказских языках женские имена редко становятся прямыми основами для фамилий, чаще берут мужскую форму — Лейли (как вариант) или прозвище.

Другая версия отталкивается от тюркского корня «лей» (глина, ил) или «лейик» (подобающий, достойный). В таком случае Леилов — тот, кто живёт у глинистого берега, или же прозвище «подходящий, годный». Суффикс -ов указывает на русскую модель оформления, что типично для фамилий, возникших в среде смешанного населения — например, у горских евреев, татов или в Закавказье, где русскую фамилию давали по местному прозвищу.

Встречаемость фамилии крайне низкая. По открытым данным, Леиловы живут в основном на юге России и в Закавказье — это подтверждает связь с ареалом азербайджанского и дагестанского влияния. Ударение, скорее всего, падает на второй слог — Леи́лова, хотя в русской устной речи возможен перенос на третий.

Если отбросить маловероятные версии (например, связь с греческим «лейос» — гладкий), то наиболее правдоподобным остаётся происхождение от женского имени Лейла с последующей русификацией. Такая фамилия могла закрепиться в XIX–XX веках при оформлении документов, когда писарь записал имя матери или бабушки как основу для фамилии всей семьи.