Фамилия Астафиев — это «отчество второго порядка», как и большинство русских фамилий на -ов. Её основа — личное имя Астафий, одна из народных, обиходных форм канонического крестильного имени Евстафий. В древнерусском языке имя Евстафий, пришедшее из греческого (Eustathios — «устойчивый», «крепко стоящий»), в живой речи упрощалось до Остафий, Астафий, Стахей, Стафей. Соответственно, Астафиев — это «сын Астафия», то есть внук человека по имени Астафий.

Модель образования здесь самая распространённая: к основе Астафий добавили суффикс -ев (после мягкого согласного). Такая фамилия могла сложиться где-то в XV–XVII веках в среде крестьян, посадских людей или служилых, когда отчества на -ов/-ев постепенно превращались в наследственные фамилии. В документах XVI–XVII веков встречаются варианты написания: Остафьев, Астафьев, Астафеев — все они восходят к одному корню. Форма Астафиев (с буквой «и» перед суффиксом) встречается реже, чем Астафьев, что может указывать на более книжное или позднее закрепление полной формы имени в качестве основы.

Географически фамилия Астафиев не привязана к одной области — она встречается и в центральных губерниях, и на Русском Севере, и среди сибирских старожилов. Но есть одна деталь, которая выделяет её среди однокоренных: вариант с «фи» (а не «фь») предполагает, что предок носителя в официальных записях именовался именно Астафий, а не Остап или Стахей. Это может говорить о грамотной среде: возможно, священнический или дьяческий род, где имя записывали по полной форме. В крестьянской среде чаще закреплялись фамилии от кратких форм — Остапов, Стахеев, Астафьев.

С точки зрения социальной истории, Астафиевы — это не обязательно дворяне. Фамилия без дворянского суффикса -ский и без приставки фон- говорит о том, что её носители, скорее всего, были людьми податных сословий: крестьянами, мещанами, ремесленниками. Однако в XIX веке она могла встречаться и у купцов или духовенства — в тех случаях, когда в семье держались за полную форму имени как за признак образованности.