Фамилия Орелев — наглядный пример того, как простое прозвище или нецерковное имя закрепилось в родовом именовании. Она образована по стандартной для русских фамилий модели: к основе «Орел» добавили притяжательный суффикс «-ев» (вариант суффикса «-ов» после мягкой основы). Такой суффикс указывал на принадлежность: Орелев буквально означал «сын Орла» или «человек из рода Орла».

Корень здесь прозрачен — орел. В дохристианской и раннехристианской Руси было распространено имя Орел. Его давали не из-за любви к птицам, а как пожелание: чтобы ребенок вырос зорким, сильным, гордым, как эта птица. Имя Орел встречается в документах XVI–XVII веков, в частности, в новгородских и псковских писцовых книгах. Позже, с утверждением полных христианских имен, такие прозвища не исчезли, а перешли в фамилии.

Вторая версия, менее вероятная, но возможная: фамилия могла возникнуть от прозвища Орел, данного взрослому человеку за характер, внешность или профессию. Например, сокольники и охотники с ручными птицами могли получить такое прозвище за особую стать. Однако в случае с Орелевым первичным, скорее всего, было именно личное имя, а не профессиональное прозвище — суффикс «-ев» чаще закреплялся за именами, чем за ремесленными кличками.

Географически фамилия Орелев не привязана к одному региону, но чаще встречается в центральных и южных областях России, а также в Поволжье. Стоит отличать её от фамилии Орлов, которая образована от той же основы, но через более распространённый суффикс. Орелев — более редкий вариант, что может указывать на локальное бытование имени Орел в конкретной местности или на особенности местного говора (например, аканье не повлияло на написание, фамилия всегда была с «е» в суффиксе).

Никаких документальных свидетельств о дворянском происхождении Орелевых нет — это, скорее всего, крестьянская или мещанская фамилия, возникшая в среде, где детей продолжали называть по старым русским именам даже после XVII века.