Фамилия Дягтерёв — редкий случай, когда исходное слово почти не изменилось, а путаница в написании возникла из-за диалектного произношения. В основе лежит название ремесла: дегтярь — человек, который гнал дёготь, то есть выпаривал берёзовую кору для получения смолистой жидкости. Дёготь в крестьянском хозяйстве шёл на смазку колёс, пропитку кожи и лечение лошадей, поэтому дегтяри были востребованы, хотя их ремесло считалось грязным и малодоходным.

Фамилия образована по стандартной модели: профессия + суффикс принадлежности -ев (Дягтерёв — сын дегтяря). Написание с «я» вместо «е» — не ошибка, а отражение северного или рязанского «якающего» говора, где безударное «е» произносили как «я». В документах XIX века можно встретить оба варианта — Дегтерев и Дягтерев, причём второй закрепился в некоторых регионах как норма.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным губерниям России — особенно к Вологодской, Костромской и Нижегородской областям, где берёзовые леса давали сырьё для смолокурения. В этих местах дегтярное производство было не побочным промыслом, а основным занятием целых деревень, и прозвище «Дягтерь» могло закрепиться за целым родом.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Дегтев, Дегтярёв, Дегтяренко — показывает, что Дягтерёв стоит особняком: в нём сохранилась архаичная огласовка, которая в других вариантах была вытеснена литературной нормой. Социальный контекст прост: носители фамилии почти наверняка происходили из крестьян-ремесленников, а не из дворян или духовенства — дегтярное дело никогда не считалось престижным.

О точной дате появления фамилии судить сложно: массовое закрепление прозвищ в фамилии в центральной России происходило в XVI–XVII веках, но Дягтерёв мог оформиться и позже, в XVIII веке, когда ремесленные прозвания стали передаваться по наследству.