Фамилия Астапеевы образована от имени Астапей — народной, разговорной формы канонических имён Евстафий и Евстахий. Первое восходит к древнегреческому eustatheros, что значит «устойчивый, прочный», второе — к eustathos («пышный, колосящийся»). В быту сложные греческие имена часто упрощались: отпадала начальная часть Ев-, и получалось Астап, Астах или Астапей. От этого последнего с помощью типичного для русских фамилий суффикса -ев и возникла фамилия Астапеев (Астапеевы — форма множественного числа).

Модель образования здесь классическая: имя Астапей → притяжательное прилагательное «Астапеев сын» → закреплённая фамилия. Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или й. Именно так оформлялись фамилии от имён вроде Астапей, Алей, Матвей.

Точное место и время возникновения фамилии назвать трудно: процесс становления русских фамилий шёл несколько столетий, и в разных слоях общества он завершался в разное время. Однако ясно, что Астапеевы — не искусственная, а естественная фамилия, возникшая в крестьянской или мещанской среде, где такие «упрощённые» формы канонических имён были особенно распространены.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Астапов, Астахов, Астафьев, Асташев — показывает, что все они восходят к одному корню, но разным вариантам одного имени. Астапей — самая редкая из этих форм, поэтому фамилия Астапеевы встречается заметно реже, чем, скажем, Астафьев или Астахов. Эта редкость — не недостаток, а указание на то, что фамилия сохранилась в более узком, локальном круге семей, без смешения с другими ветвями.