Фамилия Пилягаева, скорее всего, образована от прозвища, данного человеку с заметной речевой или поведенческой особенностью. В её основе лежит глагол «пилять» — в русских говорах (особенно южных и западных) он означает «визжать», «плакать с причитаниями», «пищать» или «говорить тонким, неприятным голосом». Соответственно, Пилягаем в старину могли прозвать капризного ребёнка, плаксивого взрослого или того, кто говорил пронзительно и надоедливо. Суффикс -аев указывает на то, что фамилия образована от прозвища, оформленного по модели отчества: сын Пилягая — Пилягаев.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит в ряду таких же «звуковых» прозвищ, как Пищаев, Визжаев, Кричаев. Корень «пил-» родствен слову «пила» (по сходству резкого звука), но не имеет отношения к инструменту. Интересно, что фамилия встречается почти исключительно в среде донских и кубанских казаков, что закреплено в списках казачьих фамилий XIX века. Это региональная особенность: именно в южнорусских говорах слово «пилять» было в ходу, а на севере или в Сибири его почти не знали.

Версия о происхождении от тюркского или кавказского корня маловероятна. Внешнее сходство с тюркским словом «пиляк» (рука) или «биляг» (запястье) не подтверждается устойчивой ономастической традицией: фамилия не встречается у татар, башкир или народов Кавказа. Её география — русское казачество, а не тюркские регионы.

Мужская форма — Пилягаев. Фамилия недворянская, не относится к «княжеским» или «барским» — её носителями были, как правило, крестьяне и казаки. Встречаемость её невысока: это редкая фамилия, не попавшая в массовые списки, но сохранившаяся именно благодаря локальной привязке к определённым станицам.