Фамилия Димеевы, если разбирать её по словообразовательной модели, относится к патронимическим фамилиям на -ев. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Димеев — значит «сын Димея». Основа здесь — просторечная форма имени Димей, которая, в свою очередь, восходит к двум разным крестильным именам: Димитрий и Дементий.

Имя Димитрий — греческого происхождения, в переводе означает «принадлежащий Деметре» (богине плодородия). Имя Дементий происходит от латинского «domo» — «укрощающий». В народной речи оба этих имени нередко сокращались до коротких и удобных форм, одной из которых и стал Димей. Именно от этой обиходной формы и пошла фамилия.

Таким образом, предки современных Димеевых могли быть крещены либо как Димитрии, либо как Дементии, но в быту их называли общей формой Димей. Со временем прозвище или обиходное имя закрепилось за потомками как фамилия. Процесс был долгим, и точно определить, в какой местности это произошло впервые, сейчас сложно — такие фамилии возникали независимо в разных регионах. Тем не менее, в основе фамилии Димеевы лежит живая народная переработка церковных имен, что делает её характерным памятником русской ономастики.