Фамилия Деникеев — редкий случай, когда суффикс -еев указывает на нерусскую, скорее всего, тюркскую основу, адаптированную русской моделью фамилии. В русских фамилиях суффикс -ев обычно присоединяется к основам на мягкий согласный или -й (как в «Андреев» от Андрей), но здесь он стоит после твёрдого -к-, что нехарактерно для славянского словообразования. Это подсказывает, что корень «Деник» — не исконно русское прозвище, а заимствование.

Основа фамилии восходит к тюркскому имени Денике или Деник. В тюркских языках корень «ден» (или «тен») означает «равный», «одинаковый», а также встречается в именах со значением «ровесник», «подобный». Имя Денике могло быть уменьшительной формой от более полного имени, например, Денислам (сложение со словом «ислам») или Денибек. В татарской и башкирской среде такие имена бытовали, и при переселении в русские земли их оформляли по-русски: добавляли фамильный суффикс -ев, превращая имя отца в фамилию рода. То есть Деникеев — буквально «сын Денике».

Встречается фамилия преимущественно у татар, башкир и в смешанных регионах Поволжья и Приуралья, где русская администрация фиксировала тюркские имена с русскими окончаниями. В документах XVIII–XIX веков можно найти варианты написания: Деникеев, Деникев, изредка Деникейев — последнее выдает произношение с йотированным окончанием. Социально носители фамилии чаще относились к крестьянам или служилым татарам, но в дворянские роды не попали, что объясняет её редкость и отсутствие в громких исторических хрониках.

Есть и менее вероятная версия, что основа — от русского прозвища Деник, производного от имени Денис (через форму Деника). Но тогда фамилия писалась бы Деникин или Денисьев, а не Деникеев. Тюркское происхождение объясняет и необычное сочетание звуков, и географию распространения, поэтому его считают основным.