Фамилия Фатхеев — редкий случай в русском ономастиконе, где тюркское имя-основа встретило русский суффикс принадлежности. Её ядро — арабское имя Фатх (или Фатхи), которое переводится как «победа», «открытие» или «успех». В исламской традиции это имя нередко давали в честь божественного дарования или как пожелание удачи.

Формант -ев указывает на русскую модель образования: «чей?» — сын или потомок Фатхея. Но тут есть тонкость. В тюркских языках, особенно татарском и башкирском, имя Фатх часто получало наращение -ей (Фатхей) для благозвучия или как уменьшительно-ласкательная форма. Такой гибрид — тюркское имя плюс русский суффикс — типичен для Поволжья и Приуралья, где в XVII–XIX веках шла активная русификация фамилий у татар, башкир и мишарей.

Встречается и более редкая версия, что основа Фатхе- — это усечённая форма от арабского имени Фатхетдин («победа веры»). Тогда фамилия Фатхеев означает «потомок Фатхетдина», а суффикс -ев просто прикрепили к срезанному корню. Обе гипотезы правдоподобны, но первая проще и чаще подтверждается в метрических книгах XIX века.

Географически фамилия плотнее всего закреплена в Татарстане, Башкортостане и Оренбургской области. Там же встречаются однокоренные варианты: Фатхуллин, Фаттахов, Фатхиев. Разница в суффиксах — -ев, -ов, -ин — не меняет смысла, а лишь отражает местные диалектные привычки оформления фамилий. Например, Фатхеев и Фатхиев — это фактически одно и то же, разница только в записи имени-основы через «е» или «и» в дореволюционных документах.

Сословно предки Фатхеевых, скорее всего, были государственными или ясачными крестьянами, реже — служилыми татарами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано: в «Бархатной книге» и «Общем гербовнике» её нет. Фамилия осталась в народной толще, что типично для поздних (вторая половина XIX века) образований от мусульманских имён.