Фамилия Велиляев — редкий пример того, как в основе фамилии могли переплестись тюркское имя и географическое название. Чаще всего её возводят к имени Велиляй — варианту мусульманского имени Вали (Вели, Вэли). В переводе с арабского Вали значит «близкий, родной, святой». Второй компонент, «ай», вызывает споры. С одной стороны, в древнетюркском «ай» — это «месяц», и тогда имя Велиляй можно истолковать как «самый святой» или «святой месяц». С другой стороны, «ай» мог быть просто уменьшительно-ласкательным суффиксом, характерным для тюркских языков, — в таком случае значение сводится к «маленький Вели» или «Велинька».

Но есть и другая, менее очевидная версия. В XV веке на Руси существовал город Велиль — он упоминается в списке городов Новгородско-Софийского сборника. По писцовым книгам 1495 года, волость Велиль находилась у верховьев реки Полы. Выходец оттуда мог получить прозвище Велиль, а его потомки — фамилию Велиляевы. Так что фамилия могла закрепиться и за человеком, не имеющим никакого отношения к мусульманскому имени, а просто жившему в той местности.

Обе гипотезы, впрочем, не исключают друг друга: тюркское имя Велиляй вполне могло совпасть по звучанию с названием города, и фамилия получила двойную подпитку. Суффикс -ев в конце указывает на русскую модель образования фамилий от основ на мягкий согласный или -й: от Велиляй — Велиляев.