Фамилия Нелиов — редкая и неочевидная с первого взгляда. На слух она напоминает фамилии на -ов, образованные от прозвищ или имён, но корень «Нели-» не встречается в привычных славянских именословах. Чтобы понять её происхождение, нужно заглянуть в диалекты и старые формы имён.

Скорее всего, основа фамилии — мужское имя Неля или Нелий. В русских говорах бытовало просторечное имя Неля, которое могло быть сокращением от канонического Нестор (греч. «возвратившийся») или от редкого имени Нелид. Второй вариант — Нелий, которое иногда считают формой имени Корнелий, «усечённой» в быту. Фамилия образована по стандартной модели: имя Неля (или Нелий) + патронимический суффикс -ов, то есть буквально «сын Нели» или «потомок Нелия».

Есть и другая версия, менее вероятная, но заслуживающая упоминания. В некоторых южнорусских и украинских говорах слово «неля» означало «неженка», «изнеженный человек». От такого прозвища тоже могла появиться фамилия Нелиов, но тогда она носила бы не родственный, а характеризующий оттенок. Однако первая версия — от личного имени — выглядит правдоподобнее, потому что фамилий с явно отрицательным значением в крестьянской среде старались избегать, а прозвище «неженка» было бы скорее исключением.

Географически фамилия встречается точечно, в основном в центральных областях России и на юге. Она не имеет отношения к известным дворянским родам, не фиксируется в старых боярских списках — это поздняя крестьянская или мещанская фамилия, возникшая не ранее XVII–XVIII веков, когда закрепилась модель образования на -ов. По сути, Нелиов — один из тех случаев, когда за необычным звучанием скрывается простое отчество от редкого имени, которое почти вышло из употребления.