Фамилия Гамеевы ведёт начало от личного имени или прозвища Гаме́й. Чаще всего его связывают с диалектным словом «гам» — шум, крик, гам. В таком случае прозвище Гамей могли дать человеку громкому, крикливому или, наоборот, тому, кто работал в шумном месте — например, на торгу или ярмарке. В псковских и тверских говорах «гаманить» означало «шуметь, галдеть», и это прямо указывает на характер или род занятий первого носителя прозвища.

Менее распространённая версия — связь с тюркским именем Гамай (от арабского «хамаль» — «носильщик»). Но для русской фамилии Гамеев такое объяснение менее вероятно: фамилия образована по типично славянской модели с суффиксом -ев, а основа «Гамей» легко выводится из живой восточнославянской лексики. Суффикс -ев присоединялся к основам на мягкий согласный или -й: Гамей → сын Гамея → Гамеев.

По своему типу фамилия Гамеевы — классическая «патронимическая»: она отвечала на вопрос «чей?» и закреплялась за потомками человека по имени или прозвищу Гамей. Такие именования широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян. Встречается фамилия и в варианте Гамеев (без окончания -ы во множественном числе — так обычно записывали фамилию одного человека). Форма Гамеевы указывает на целый род или семейство.

Точное время и место возникновения фамилии назвать сложно: процесс формирования шёл в разных регионах не одновременно. Но можно уверенно сказать, что корень «гам-» и его производные — исконно славянские, и фамилия Гамеевы — живой памятник народной речевой культуры, где прозвище метко схватывало отличительную черту человека.