Фамилия Димеев отталкивается от имени Димей — просторечной, бытовой формы двух разных крестильных имён: Димитрий и Дементий. В этом её главная особенность: одна и та же фамилия может вести род сразу к двум источникам, и без точных записей о предке не всегда понятно, какой из них сработал.

Димитрий — имя греческое, означает «принадлежащий Деметре», богине земледелия и плодородия. Дементий происходит от латинского «domo» — «укрощать», «усмирять». В быту оба имени звучали громоздко, поэтому их сокращали до короткого Димей, а от него уже по модели -ев образовали фамилию.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Димеев буквально — «сын Димея» или «из рода Димея». Такая модель типична для русских фамилий, возникших из отчеств. Географически фамилия встречается в Поволжье и на Урале, что может говорить о её распространении среди служилых людей, крестьян или старообрядцев, но точных данных о сословной принадлежности нет.

Спорных версий у фамилии немного: иногда Димей ошибочно связывают с тюркским корнем «дим» (вера, религия), но это натяжка — русская модель образования на -ев прочнее привязывает фамилию к славянской ономастике. Единственная неоднозначность — какой из двух святых, Димитрий или Дементий, чаще давал производное Димей в конкретной семье.