Фамилия Орлев — редкий случай, когда окончание -ев не связано с притяжательным суффиксом, а входит в основу. В фамилиях на -ов/-ев основа обычно заканчивается на согласный или -й: Петров, Соловьёв. Здесь же буква «в» — часть корня, а не суффикса. Это сразу указывает на нестандартное происхождение.

Скорее всего, фамилия образована от прозвища или мирского имени Орёл. В русских говорах слово «орёл» произносили по-разному: в некоторых диалектах — «арёл», в других — «орлёв» с ударением на последний слог. Отсюда и форма Орлев — вариант, при котором окончание -ев как бы «приросло» к основе, а беглая гласная «ё» перешла в «е» под влиянием аканья или письменной фиксации. То есть предка могли звать Орёл, а в документах записали как Орлев, не меняя ударения.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с ивритским именем Орли (אורלי — «свет мой») или топонимом Орле (населённые пункты в Сербии и Болгарии). Но для русской фамилии это нетипично: суффикс -ев почти всегда указывает на славянскую основу, а не на заимствованную. Если бы корень был иноязычным, фамилия скорее осталась бы без изменений (Орли, Орле) или получила бы суффикс -ский (Орлевский).

По географии фамилия встречается рассеянно, без явного гнезда. Нет данных о концентрации в конкретной области — значит, носители могли появиться в разных местах независимо друг от друга, от одного и того же прозвища. Сословная принадлежность не прослеживается: Орлевы могли быть и крестьянами, и мещанами, и духовенством — прозвище Орёл не было закреплено за каким-то одним слоем.

Таким образом, фамилия Орлев — диалектный или канцелярский вариант от прозвища Орёл. Её редкость объясняется тем, что большинство носителей прозвища получили фамилию Орлов, а форма Орлев закрепилась лишь у тех, чьих предков записали с местным произношением или ошибкой писаря.