Фамилия Дихтярев — один из тех случаев, когда профессиональное прозвище предка надежно сохранилось в родовом имени. В её основе лежит украинское слово «дихтяр» — так называли мастера, который варил дёготь. Дёготь, продукт сухой перегонки древесины (обычно берёзы), в крестьянском быту был незаменим: им смазывали оси телег, сапоги, обрабатывали деревянные детали, чтобы те не гнили. Дихтярём звали не просто работника, а ремесленника, чей промысел требовал терпения и навыка.

Фамилия образована по типичной восточнославянской модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный или на -рь. Строго говоря, от прозвища Дихтярь (или Дихтар) по правилам русского языка должно было получиться Дихтярев, хотя в украинской среде встречается и вариант Дихтяренко. Сами по себе фамилии на -ев от названий ремёсел — явление частое (Кузнецов, Столяров, Плотников), но Дихтярев стоит в ряду более редких и узко специальных: в той же группе можно вспомнить Смоляра или Дегтярёва.

Интересно, что Дихтярев и Дегтярёв — это по сути однокоренные фамилии, но разного диалектного происхождения. Дегтярёв — это русифицированная форма, где южнорусское «деготь» перешло в фамилию. Дихтярев же сохранил украинское звучание корня — с характерным «и» на месте русского «е» (ср. дихтяр — дегтяр). Такое написание указывает на то, что предки носителя фамилии жили на территории современной Украины или в южнорусских губерниях (Курская, Воронежская, Харьковская области), где украинское влияние в речи было сильным.

В документах фамилия встречается с XVIII века. В ревизских сказках и метрических книгах Слободской Украины нередко фиксировали «Дихтярь» как прозвище, а затем и «Дихтярев» как фамилию потомков. Сословно носители относились к государственным крестьянам или казакам — ремесло дихтяря было востребовано в сёлах и при войсковых обозах. Дворянских родов с такой фамилией практически нет: это стопроцентно крестьянская или мещанская фамилия, что не делает её менее ценной для семейной истории.