Фамилия Чистеев образована по довольно редкой для русских фамилий модели — от полной формы прилагательного с суффиксом -еев. Чаще всего русские фамилии на -еев восходят к именам и прозвищам на -ей (Андрей — Андреев, Матвей — Матвеев), но здесь основа другая: прилагательное «чистый» (в старом написании «чистѣй») дало форму «Чистеев», то есть «сын Чистея». Прозвище Чистей или Чисте́й могли дать человеку опрятному, аккуратному или, возможно, тому, кто следил за чистотой в доме или на дворе. В говорах слово «чистёй» иногда означало «чистюля» — с оттенком укора или насмешки.

Другая, менее вероятная версия связывает фамилию с топонимом: в России есть несколько деревень с названием Чистое, Чистей, Чистеево. Житель такой деревни мог получить прозвище Чистеевский, которое со временем сократилось до Чистеев. Однако для этой гипотезы нет массовых подтверждений — фамилия нечастая и не привязана к какой-то одной губернии.

В метрических книгах и ревизских сказках XVIII–XIX веков Чистеевы встречаются в основном в центральных и северных губерниях: Вологодской, Костромской, Вятской. Носители фамилии были в основном крестьянами и мещанами, реже — священнослужителями. В дворянских родословных Чистеевы не отмечены.

С точки зрения словообразования фамилия интересна тем, что сохранила старую форму прилагательного с окончанием -ей (сравните: «святей» — «святейший»). В современном языке эта форма ушла, но в фамилиях она законсервировалась. Ближайшие аналоги — Добреев (от «добрый»), Милеев (от «милый»), хотя они встречаются ещё реже.