Фамилия Агатьев — одна из тех русских фамилий, которые образованы от уменьшительной формы крестильного имени. В её основе лежит имя Агат, которое в свою очередь является краткой или производной формой от канонического имени Агафон (в переводе с греческого — «добрый», «благой»). В русской народной среде имя Агафон нередко сокращали до Агат, Агаша или Гапа, а уже от этих усечённых форм и создавали фамилии.

Модель образования здесь классическая: к основе Агать (форма имени с характерным для русского просторечия смягчением — «Агать» вместо «Агат») добавляется притяжательный суффикс -ев, указывающий на принадлежность: «чей?» — Агатьев, то есть сын или потомок Агата. Суффикс -ев, а не -ов, стоит потому, что основа оканчивается на мягкий согласный — это типичная черта русской ономастики.

Интересно, что фамилия Агатьев встречается реже, чем её однокоренные варианты Агафонов или Агатов. Последняя, Агатов, могла образоваться не только от имени, но и от прозвища, связанного с полудрагоценным камнем агатом. Для Агатьева же связь с минералом маловероятна: слово «агат» в русском языке — существительное мужского рода, и фамилия от него звучала бы как Агатов, а не Агатьев. Таким образом, твёрдую привязку к имени Агафон можно считать основной версией.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южнорусским регионам, где имя Агафон было особенно распространено среди крестьян и мещан. В дореволюционных переписях Агатьевы чаще всего фиксировались в Тамбовской, Рязанской и Воронежской губерниях. Сословно это были в основном крестьяне и однодворцы — потомки служилых людей, охранявших южные рубежи. Никаких выдающихся носителей фамилии в истории не зафиксировано, что типично для фамилий, возникших в низовых слоях общества.