Фамилия Мамлиев — редкий случай, когда исходное слово напрямую указывает на профессию предка, но профессия эта давно исчезла из быта. Основа фамилии — тюркское «мамлы» (варианты «мамлык», «мамлюк»). В русской исторической лексике это слово закрепилось как «мамлюк» — воин-раб в средневековом Египте, выходец из тюркских или кавказских земель. Однако напрямую связывать предка с египетскими мамлюками было бы натяжкой. Скорее всего, прозвище Мамлей или Мамлий давали человеку за схожесть с этими воинами: за стать, суровый нрав или даже за пристрастие к определённой одежде. В Поволжье и на Урале, откуда происходит большинство русских фамилий на -ев с тюркской основой, слово «мамлюк» могло означать просто «силач, здоровяк» или «слуга, батрак» — в зависимости от местного говора.

Словообразовательная модель прозрачна: суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»). Фамилия образована от прозвища Мамлий (или Мамлей) — краткой формы, которая возникла из полного имени-прозвища Мамлюк. Такое усечение (Мамлюк → Мамлий) типично для русской народной традиции: громоздкое иноязычное слово сокращали до удобного в быту. Аналогично появились фамилии Казыев (от казы — судья) или Ахматов (от Ахмат). Ударение в фамилии плавающее: в большинстве регионов говорят Мамли́ев, но в местах компактного проживания носителей (Татарстан, Башкортостан) встречается Ма́млиев — с ударением на первый слог, по тюркской привычке.

Социальный состав носителей неоднороден. В дореволюционных записях фамилия встречается и среди крестьян-старообрядцев Уфимской губернии, и среди оренбургских казаков, и среди татарских мурз. Это говорит о том, что прозвище давали не по сословному признаку, а по личным качествам — и батрак, и вольный казак могли получить его за удаль или физическую силу. В советских метриках фамилия фигурирует редко, что подтверждает её локальный характер: основные гнёзда — юг Башкортостана и север Оренбуржья.

Спорных версий происхождения две, и обе слабые. Первая — от греческого «мамма» (мать, грудь) — не выдерживает критики, так как суффикс -ев не свойствен греческим заимствованиям в русском языке. Вторая — от арабского «мамлюк» (принадлежащий) — верна лишь этимологически, но не объясняет, почему прозвище закрепилось в глухих русских и татарских деревнях, где о мамлюкских султанах вряд ли слышали. Правдоподобнее всего бытовое переосмысление: «мамлюк» как синоним сильного, наёмного работника.