Фамилия Антоньевы — редкий вариант в ряду фамилий, образованных от имени Антон. Её основа та же, что и у массовых Антоновых и Антоньевых: церковное имя Антоний, которое через народную форму Антон дало начало множеству фамилий. Исходное римское родовое имя Antonius, по одной из версий, связывают с греческим глаголом «антео» — «вступать в бой, состязаться».

Однако в фамилии Антоньевы примечателен не корень, а суффикс. Модель на -ьев (а не на -ов) указывает на основу, оканчивающуюся на мягкий согласный или звук [й]: Антоний → Антоньев. То есть фамилия образована не от краткой формы Антон, а от полной церковной — Антоний. Это делает её более книжной, «семинарской» по происхождению. В XVIII–XIX веках такие фамилии часто давали в духовных училищах, где стремились приблизить фамилию к каноническому написанию имени.

Форма множественного числа — Антоньевы — в быту закрепилась, когда речь шла о целой семье или роде. В документах фамилия могла писаться и через «е» (Антоньев), и через «ё» (Антоньёв) — в зависимости от местного произношения и привычек писаря.

Географически фамилия встречается рассеянно, без ярко выраженного «гнезда», что типично для поздних искусственных образований. О точном месте и времени возникновения фамилии Антоньев в настоящее время говорить сложно, поскольку процесс формирования фамилий был достаточно длительным. Тем не менее, фамилия Антоньев представляет собой замечательный памятник славянской письменности и культуры — в ней сохранилась та самая полная форма имени, которую в быту почти вытеснил краткий Антон.