Фамилия Ляйлиев — редкий случай, когда фамилия образована напрямую от женского имени. В основе лежит тюркское имя Ляйли (Лейли), которое восходит к арабскому слову со значением «вечерняя, ночная», а в переносном смысле — «с волосами черными, как ночь». Такое имя было широко известно благодаря поэме «Лейли и Меджнун» — классическому сюжету о трагической любви, популярному у многих тюркских народов.

С точки зрения словообразования фамилия следует стандартной модели: к основе Ляйли- добавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Так в XIX–XX веках оформляли фамилии для детей, чьих отцов звали Ляйли. Это говорит о том, что предок носителя фамилии был назван в честь героини восточного эпоса — необычный выбор для мужчины, но в тюркской среде такие имена встречались.

Существует и другая версия происхождения — от прозвища Ляйлий. Оно могло возникнуть от турецкого «lule» (локон, завиток, а также головка курительной трубки). Тогда прозвище получил человек с кудрявыми волосами либо любитель курения. Эта гипотеза менее вероятна: фонетический переход от «lule» к «Ляйли» неочевиден, да и суффикс -ев в таком случае присоединялся бы скорее к форме Ляйлиев, а не Ляйлиев.

Фамилия почти не встречается за пределами тюркоязычных регионов бывшего СССР — Казахстана, Узбекистана, Киргизии, а также среди татар и башкир. В русских переписях она единична, что подтверждает её локальный характер. Носители фамилии — потомки людей, носивших имя Ляйли, что делает их семейную историю связанной с одной из самых романтичных легенд Востока.