Фамилия Лилеины — редкий пример, где в основе лежит не имя и не профессия, а название растения. В центре — слово «лилея» (устаревшая форма слова «лилия»). В русских говорах так называли не только садовые лилии, но и дикорастущие виды, например, саранку (в народе — царские кудри). Её луковицы в Сибири и в европейской части России употребляли в пищу, а сам цветок был хорошо знаком крестьянам.

По модели образования фамилия типична для русского севера и центра: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?» — сын Лилеи). Это отчество-прозвище, закрепившееся за потомками. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые чаще образовывались от мирских имён с твёрдой основой, -ин характерен для основ на -а/-я. В данном случае прозвище Лилея мог получить человек с мягким, «цветочным» характером, либо, что правдоподобнее, тот, кто занимался разведением или продажей этих растений.

Версия о «растительном» происхождении — основная. Альтернативная гипотеза (от греческого имени Лилей или от названия населённого пункта вроде Лилеино) менее убедительна: таких топонимов в старых документах почти не встречается, а имя Лилей в святцах отсутствует. Словарь Б. Унбегауна относит подобные фамилии к группе «ботанических», подчёркивая их связь с народной, а не книжной лексикой.

О точном месте возникновения фамилии Лилеины говорить сложно — письменные источники по ней отрывочны. Встречается она редко, преимущественно в центральных и северных губерниях. В XIX веке носители фамилии записаны как крестьяне и мещане, что подтверждает её простонародное, а не дворянское происхождение.