Фамилия Дмитриевых образована от мужского крестильного имени Дмитрий, которое пришло на Русь из греческого языка и означает «принадлежащий Деметре» — богине плодородия и земледелия. Это имя было широко распространено благодаря почитанию святого Димитрия Солунского, поэтому и фамилия на его основе стала одной из самых частых в России.

Словообразовательная модель здесь проста и типична для русских фамилий: к основе имени Дмитрий добавили патронимический суффикс -ев, который указывал на принадлежность к отцу. В быту Дмитрия часто звали Дмитрей или Дмитрея, отсюда и форма Дмитриев, а не Дмитриевский или Дмитров. Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа имени заканчивается на мягкий согласный (звук «р» в форме Дмитрей). Такой способ образования фамилий закрепился в XVI–XVII веках, когда на Руси формировались наследственные родовые прозвания.

Интересная деталь: фамилия Дмитриевых не имеет единой географической привязки, но по данным статистики, она особенно плотно бытует в центральных и северных областях России — в Московской, Ярославской, Вологодской и Архангельской губерниях. В этих краях имя Дмитрий в крестьянской среде встречалось чаще, чем на юге, где предпочитали Иванов и Петров. Социальный состав носителей был разнородным: среди Дмитриевых встречались и крепостные крестьяне, и купцы, и духовенство. Например, в среде священнослужителей фамилия Дмитриев могла возникать при поступлении в семинарию, где ученикам часто давали фамилию по имени отца или по дню святого.

Сравните с однокоренными фамилиями: Дмитров, Дмитриевский, Дмитриевцев. Первая образована от названия города или села, вторая — от имени с добавлением суффикса -ский, что типично для дворянских или семинарских фамилий, третья — от прозвища человека, который служил у Дмитрия или жил в его владениях. Сама же фамилия Дмитриевых — самая прямая и массовая, без дополнительных смысловых наслоений.

В некоторых говорах фамилию могли произносить с ударением на второй слог — Дми́триев, хотя литературная норма требует ударения на первый: Дми́триев. Это связано с диалектными особенностями, где имя Дмитрий звучало как Митрей, а отчество — Митреев, что дало начало фамилии Митреев — ещё одной родственной форме.