Фамилия Артеьевы — редкий случай, когда написание расходится с произношением, и это сразу подсказывает путь к разгадке. На слух фамилия кажется образованной от имени Артемий (через народную форму Артей), и это было бы самым простым объяснением. Но буква «ь» в середине — показатель того, что исходное имя или прозвище оканчивалось на мягкий согласный и относилось к другому словообразовательному типу.

Вероятнее всего, в основе лежит неканоническое имя Арте́й или прозвище Арте́й, которое, в свою очередь, восходит к греческому имени Артемий, но в русской народной огласовке. Однако здесь работает модель на -ьев, а не на -ев. Суффикс -ьев в русских фамилиях встречается реже, чем -ев, и обычно указывает на основу, оканчивающуюся на мягкий знак или йот: так появились Ильин (от Илья), но Артемьев (от Артемий). В случае с Артеьевым мы видим не «Артемьев», а именно «Артеьев» — то есть имя-основа звучало как Арте́й, а не Арте́мий. Фамилия буквально значит «сын Артея».

Есть и более редкая гипотеза, которую не стоит сбрасывать со счетов: связь с диалектным словом «арте́й» — в некоторых говорах так называли артель, ватагу, сообщество людей. Тогда прозвище Артей мог получить общительный человек или, наоборот, организатор артели. Но эта версия менее надёжна, так как слово «артель» в русском языке имеет тюркские корни, и форма «артей» для него нехарактерна.

Географически фамилия Артеьевы тяготеет к северным и центральным областям России — Вологодской, Костромской, Кировской. Там же встречаются и однокоренные фамилии: Артеев, Артешин, Артюхов. В отличие от них, Артеьевы сохранили в написании ту самую «ь», которая и делает фамилию уникальной с точки зрения исторической орфографии. В дореволюционных метрических книгах её могли записывать и как Артеев, и как Артеьев — путаница между окончаниями -ев и -ьев была обычным делом для малограмотных писарей.

Сословно Артеьевы, скорее всего, крестьянского происхождения. Фамилия не встречается в родословных книгах дворянства и не связана с известными историческими родами. Это фамилия, которая закрепилась в XIX веке, когда крестьянам массово давали фамилии по имени отца или по прозвищу. Никаких знаменитых носителей с такой фамилией в открытых источниках не значится, что только подтверждает её локальный и народный характер.