Фамилия Шпиляева — женская форма мужской фамилии Шпиляев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Шпиль. Слово «шпиль» в русских говорах имело несколько значений, и от того, какое из них легло в основу, зависит, кем мог быть первый носитель фамилии.

Самая прямая версия — прозвище Шпиль получил высокий, худой и долговязый человек, которого сравнивали с остроконечным верхом здания. Такие прозвища по внешним признакам — одни из самых древних и распространённых. Менее очевидный, но не менее вероятный вариант — связь с диалектным глаголом «шпилить»: колоть, протыкать, делать острые замечания. Тогда Шпилем могли прозвать колкого на язык, язвительного человека. В некоторых говорах «шпиль» означало также заколку для волос, булавку, что выводит на ремесленную версию: предок мог быть портным или швеёй, изготавливавшим или использовавшим такие предметы.

Суффикс -ев- в фамилии Шпиляев указывает на притяжательную модель: «чей?» — Шпиля, то есть сын или потомок человека по прозвищу Шпиль. Форма на -яев (вместо ожидаемого -ев) — результат фонетического изменения: после мягкого согласного [л'] гласный [е] перешёл в [а]. Такое написание закрепилось в документах и стало нормой для этой фамилии. Встречаются и однокоренные фамилии: Шпилев, Шпилёв, Шпилькин — образованные от той же основы, но с разными суффиксами.

Фамилия Шпиляева не принадлежит к числу распространённых дворянских. Скорее всего, её носители — выходцы из крестьянской или мещанской среды, получившие фамилию по прозвищу после отмены крепостного права. Географически фамилия встречается в центральных и южных областях России, а также в Поволжье. В словарях фамилий (например, у Б. Унбегауна или В. Никонова) Шпиляев не фигурирует как отдельная статья, что говорит о её сравнительной редкости и локальном бытовании.