Фамилия Жирельева — редкая и с трудом поддающаяся однозначному толкованию. Её основа, «жирель», не встречается в современных словарях русского языка в качестве самостоятельного слова. Скорее всего, перед нами вариант фамилии, образованной от прозвища или имени, которое со временем изменило звучание.

Наиболее вероятная версия связывает «Жирель» с диалектным словом «жиреть» — полнеть, тучнеть, набираться сил. В таком случае прозвище Жирель мог получить человек крепкого телосложения, сытый и здоровый, либо, напротив, тот, кто «жирел» на чужих хлебах — жил в достатке за чужой счёт. Однако в русских говорах есть и более узкое значение: «жиреть» означало также «заживать, затягиваться» (о ране). Прозвище могли дать человеку, у которого хорошо и быстро заживали раны, или же тому, кто занимался врачеванием, заговаривал кровь.

Нельзя исключать версию о том, что исходная форма фамилии — Жирильева, от имени Жирило (уменьшительное от Жирослав или от «жир» в значении «богатство, достаток»). В старину имя Жирослав (от «жир» — богатство и «слава») было распространено, а его производные — Жирята, Жирило — дали начало фамилиям Жирилов, Жиряков. Звук «е» вместо «и» мог появиться под влиянием «акающих» говоров (Жирильев → Жирельев) или просто из-за ошибки писаря.

Суффикс «-ев» указывает на типичную русскую модель образования от прозвищ или имён на мягкий согласный или -й (Жирель → Жирельев). Окончание «-а» в форме Жирельева — женский род, но в контексте поиска фамилии чаще всего имеется в виду мужская форма Жирельев.

Фамилия крайне редкая. В открытых источниках нет сведений о географическом сосредоточении носителей, но по аналогии с похожими фамилиями (Жирилов, Жиряков) можно предположить, что её корни — в северных или центральных областях России, где были живы древнерусские имена на «Жир-». Сословной принадлежности предков установить не удаётся: прозвище Жирель мог получить как крестьянин, так и посадский человек.

Таким образом, Жирельева — это, скорее всего, потомок человека по прозвищу Жирель, что значило либо «упитанный, здоровяк», либо «знахарь, умеющий заживлять раны». Второй вариант — искажённое со временем имя Жирило, восходящее к древнерусскому Жирослав.