Фамилия Ситмилиева — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не ремесло, а целая конструкция с двойным корнем. Она почти наверняка происходит от мужской формы Ситмилиев, а та, в свою очередь, — от составного имени или прозвища Ситмили. Первая часть «сит-» восходит к арабскому «ситт» (госпожа, женщина) либо к имени Ситта, популярному у народов Кавказа и Ближнего Востока. Вторая часть «-мили» — это, скорее всего, усеченная форма имени Мили (от арабского «мила» — желание, склонность) или вариант имени Миля, распространенного в Дагестане. Таким образом, Ситмили буквально означает «госпожа Мили» или «женщина по имени Мили» — типичная для Востока конструкция, где первое слово уточняет статус или отношение к человеку.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединили к основе на мягкий согласный. Это говорит о том, что носители фамилии — скорее всего, мусульмане Северного Кавказа или Закавказья, попавшие в зону русского делопроизводства в XIX–XX веках. Суффикс -ев (вместо более привычного для тюркских языков -ов) указывает, что исходное имя заканчивалось на -ий или -и: Ситмилий → Ситмилиев.

Географически фамилия тяготеет к Дагестану и Чечне, где составные женские имена с компонентом «ситт» (например, Ситта, Сита) встречаются нередко. Встречаемость крайне низкая — носители фамилии Ситмилиева сосредоточены в нескольких селах, и в открытых источниках почти нет сведений о знаменитых однофамильцах. Это типичная «кабинетная» фамилия, зафиксированная при переписи или паспортизации, когда носителя записывали по имени матери или жены (матрилинейный вариант) или по имени отца, которое само было женским — что для горских обществ необычно, но возможно.

Не стоит путать фамилию с похожей Ситмилова: вторая, скорее всего, происходит от тюркского «ситма» (не хватать) с другим суффиксом. Ситмилиева же — пример того, как русская патронимическая модель наложилась на арабо-кавказскую антропонимику, сохранив в себе и женское имя, и указание на статус.