Фамилия Алексеи — редкий и архаичный случай в русской ономастике. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, которые образуются при помощи патронимических суффиксов -ов/-ев, -ин или -ский (Алексеев, Алексин, Алексеевский), эта фамилия застыла в форме множественного числа родительного падежа. Она отвечает не на вопрос «чей ты?», а на вопрос «из каких ты?» — буквально «из рода Алексеев» или «те, кто принадлежит Алексею». Такая модель образования характерна для северных и северо-западных говоров, где бытовали фамилии на -их, -ых (Седых, Борзых, Долгих). Алексеи — их прямой аналог, только без привычного окончания -их.

Основа фамилии — каноническое имя Алексей, греческого происхождения, означающее «защитник» или «помощник». В крестьянской среде, особенно на Русском Севере, такие бессуффиксные фамилии фиксировали принадлежность к большому семейному клану. Если в деревне жило несколько Алексеев, их потомков могли прозвать «Алексеями», чтобы отличить от других ветвей. Со временем это прозвание закреплялось как официальная фамилия.

Форма Алексеи — реликтовая. В XIX веке, при массовой паспортизации, большинство таких фамилий переделывали в стандартные — Алексеев или Алексеевых. Сохранилась она в основном у староверов или в отдалённых регионах, где перепись проводилась небрежно. Сегодня носителей фамилии Алексеи можно встретить в Вологодской, Архангельской областях и в Сибири — в местах, куда переселялись северные крестьяне.

По смыслу Алексеи сближается не столько с Алексеевым (прямое родство с конкретным человеком), сколько с украинской моделью на -енко (Алексеенко) или польской на -ич (Алексеевич). Но в русском варианте она звучит как окаменевший след древнего именования по отцу без суффикса, когда родовая принадлежность передавалась одной формой множественного числа.