Фамилия Ниелов — редкий случай, когда даже её основа вызывает споры. В ней нет привычного и понятного корня, как в фамилиях от профессий или имён. Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования от отчества или прозвища, но вот что стояло в основе — вопрос открытый.

Самая вероятная версия отсылает к греческому имени Ниил (Νείλος), которое в православных святцах известно как Нил. В русской традиции это имя давали в честь преподобного Нила Постника или Нила Сорского. Форма Ниелов могла возникнуть из разговорного произношения: имя Нил в родительном падеже звучало как Нила, а от него образовали притяжательное прилагательное — «чей?» — Ниелов. То есть фамилия буквально означает «потомок Нила». Такая модель встречается у фамилий от имён на -ил: от Данила — Данилов, от Михаила — Михайлов.

Вторая, менее очевидная версия, выводит фамилию из прозвища, связанного с рекой Нил. В старину могли назвать человека, который бывал в дальних странах или имел смуглую кожу, «Нилом» — по аналогии с египетской рекой. Однако это предположение слабее: фамилии от географических названий в русском языке обычно оформлялись суффиксами -ский/-цкий (Нильский), а не -ов.

Особенность фамилии в том, что она почти не встречается в крестьянской среде. По доступным данным, Ниеловы — это в основном потомки духовного сословия. Священники и монахи, принимая постриг, часто меняли мирскую фамилию на производную от имени святого. Так сын священника по имени Нил мог получить фамилию Ниелов уже в семинарии. Это объясняет и редкость фамилии: она не разошлась широко по стране, а осталась в нескольких родах, связанных с церковной средой.

По написанию фамилия устойчива: вариант с буквой «ё» (Ниёлов) встречается, но не является основным. В старых документах могли писать «Нилов» — это тоже возможная форма от того же имени, но без вставного «е». Ниелов — более архаичный вариант, сохранивший следы полного произношения.