Фамилия Шпилеова — женская форма; мужской вариант — Шпилеов. В основе лежит слово «шпиль», но не в современном значении «остроконечная верхушка», а в том, что бытовало в русских говорах: «шпиль» — колючка, шип, острая палка, а также прут или тонкая жердь. Отсюда прозвище Шпиль — колючий, язвительный человек, либо, наоборот, худой и высокий, похожий на жердь. Встречалось это прозвище и как указание на ремесло: шпилём называли того, кто работал с прутом, вил гнутьё для корзин или делал ограды.

Фамилия образована по стандартной модели отчества: Шпиль → Шпилев (чей? — сын Шпиля) → Шпилеов. Здесь мы видим редкий переход: суффикс -ев под влиянием мягкого корня на -ль дал нестандартное окончание -ов. В обычном случае от «шпиль» ждали бы фамилию Шпилёв (с ударным ё), но в северных и центральных говорах, где «е» произносилось чётко, а «ё» не всегда обозначалось на письме, закрепилась форма Шпилеов. Такое написание — маркер дореволюционной записи, когда фамилию не унифицировали: писали на слух, и «Шпилеов» (с двумя гласными подряд) — живой след того, как крестьянского сына записывали в метрику.

Географически фамилия редкая. По переписям XIX века и современным данным, Шпилеовы встречаются в основном в бывших Архангельской и Вологодской губерниях — на Русском Севере, где слово «шпиль» долго сохранялось в говорах. В этих краях фамилия могла закрепиться за человеком, который жил у шпиля — так называли мыс или острый выступ берега. Северные поморы и крестьяне часто получали прозвища по местным ориентирам.

Родственные фамилии — Шпилёв, Шпилев, Шпилин, Шпилькин. Все они восходят к тому же корню, но различаются по суффиксам и региональному произношению. Шпилеова — одна из самых редких: её обладатели, скорее всего, потомки одного человека из северной деревни, чьё прозвище записали с характерной для тех мест огласовкой.