Фамилия Мамиляев — редкий пример, где труднее всего установить не суффикс, а корень. Модель образования прозрачна: суффикс -ев присоединён к основе Мамиляй. Такая форма характерна для русских фамилий, возникших из прозвищ или неканонических имён, оканчивающихся на -ай, -яй (ср. Кисляй, Шугай). Ударение, скорее всего, падает на второй слог: МамилЯев.

Главная загадка — что скрывается за основой «Мамиляй». Вероятнее всего, это прозвище от тюркского корня. В тюркских языках «мамы» (или «мамай») означает «страх», «ужас» или «пугало». Сравните с известным историческим именем Мамай (темник Золотой Орды) и фамилией Мамаев. «Мамиляй» могло быть уменьшительно-ласкательной или пренебрежительной формой от того же корня, либо диалектным вариантом. В таком случае прозвище давали либо человеку пугливому, либо, наоборот, наводящему страх — в зависимости от контекста.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с арабским именем Мамиль (редкая форма, восходящая к корню со значением «деяние» или «работа»). Однако добавление русского суффикса -яй к восточному имени — случай нетипичный, поэтому эта гипотеза слабее.

Суффикс -ев указывает на то, что фамилия оформилась в русской среде, скорее всего, в XVI–XVII веках, когда прозвища активно превращались в наследственные фамилии. Географически Мамиляевы могли быть сосредоточены в регионах с сильным тюркским влиянием: Поволжье, Приуралье, южные губернии. Фамилия не относится к дворянским — она возникла в крестьянской или посадской среде, где прозвища часто отражали внешность, характер или бытовую черту.

Сейчас фамилия встречается редко, что делает её ценной для тех, кто её носит: она несёт следы межэтнического контакта и давно ушедших диалектных форм. Если искать однокоренные аналоги, стоит обратить внимание на фамилии Мамаев, Мамыкин, Мамышев — они могут восходить к тому же тюркскому «мамы», но через разные словообразовательные модели.