Фамилия Анатолиев — редкий случай в русской ономастике, и интересна она прежде всего своей словообразовательной аномалией. Обычно русские фамилии на -ов/-ев образуются от краткой формы имени: от Иван — Иванов, от Пётр — Петров. От имени Анатолий стандартная патронимическая фамилия выглядела бы как Анатольев, с усечением конечного -ий. Анатолиев же сохраняет полную основу, что для живой народной традиции нетипично.

Скорее всего, эта фамилия — продукт духовного сословия. В семинариях и консисториях XIX века любили «облагораживать» фамилии, приближая их к греческому или латинскому оригиналу. Греческое Ανατόλιος (Anatolios) давало более «учёное» звучание, чем просторечное Анатольев. Поэтому Анатолиева могли записать сыну священника, чтобы подчеркнуть книжное происхождение имени, а не бытовое. Это не столько бытовая, сколько «кабинетная» фамилия, рождённая в канцеляриях духовных консисторий.

Вторая версия, менее вероятная, связывает фамилию с греческой топонимикой: Анатолия — историческое название Малой Азии (от греческого «анатоле» — восток, восход солнца). В этом случае прозвище мог получить человек, имевший отношение к этим землям, — купец или путешественник. Но для массовой русской фамилии такая версия слаба: прозвища по отдалённым странам давали редко, и они почти не превращались в фамилии с суффиксом -ев.

Географически фамилия Анатолиев встречается крайне редко. В дореволюционных метриках её можно найти преимущественно у потомственных священнослужителей центральных губерний, особенно в Тверской и Ярославской. В советское время фамилия почти исчезла: носители либо сменили её на более привычное Анатольев, либо утратили в ходе урбанизации. Сегодня Анатолиев — одна из самых редких русских фамилий, её носители рассеяны по всей стране, но не образуют заметных гнёзд. Суффикс -ев здесь указывает на принадлежность: буквально «сын Анатолия». Но, в отличие от подавляющего большинства русских фамилий, эта не прошла через народное усечение — она осталась книжной, почти искусственной.