Фамилия Павелий — редкий случай, когда личное имя стало фамилией почти без изменений, только с ударением, сместившимся на второй слог. В основе лежит каноническое крестильное имя Павел, которое в русской традиции имеет латинские корни (paulus — «малый», «незначительный»). Однако если обычные фамилии вроде Павлов или Павлин образованы с помощью типовых суффиксов принадлежности, то Павелий — это застывшая полная форма имени, что сразу выделяет её из ряда однокоренных.

Такая модель образования — фамилия из полного имени без суффикса — встречается в основном у выходцев из западнорусских земель или у представителей духовенства. В среде священников и монахов нередко брали фамилии по церковному календарю, иногда оставляя имя как есть, чтобы подчеркнуть связь с конкретным святым. Павелий могла возникнуть как семинарская фамилия: её давали выпускнику, которого в миру звали Павлом, но в документах записывали торжественно — Павелий, по аналогии с латинизированной формой Paulius.

Другая версия, менее вероятная, но допустимая: фамилия могла произойти от прозвища Павелий, которое давали человеку маленького роста или скромного нрава, обыгрывая значение корня «малый». Однако в таком случае мы бы ожидали суффикса -ов или -ин, а их нет, что указывает на книжное, а не народное происхождение.

Встречаемость фамилии крайне низкая. По открытым данным, Павелий фиксируется в основном в центральных областях России и в Поволжье, что косвенно подтверждает гипотезу о семинарском или приходском корне — именно там были сильны традиции искусственных фамилий для духовенства. Носителей мало, и фамилия не обросла ветвями, как, скажем, Павловы, поэтому каждый случай её появления в документах — почти всегда результат одной конкретной записи, а не массового наследования.

С точки зрения словообразования фамилия уникальна тем, что нарушает обычную для русского языка схему «имя + суффикс». Она звучит как имя, но выполняет функцию фамилии, и это создаёт путаницу: в старых метриках Павелий могло быть и именем, и фамилией одного человека. Разобраться помогает контекст — отчество рядом и сословие. Если в записи указан «крестьянин Павелий Иванов», то Павелий — имя; если «дьячок Иван Павелий», то это уже фамилия.