Фамилия Грамотеев — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, было не насмешливым, а, скорее, уважительным. В крестьянской и купеческой среде грамотный человек выделялся на фоне безграмотного большинства, и его могли прозвать Грамотей. Так называли не просто умеющего читать, а человека, который вёл переписку, читал указы или даже обучал детей — этакого сельского интеллектуала.

Словообразовательная модель прозрачна: основа «грамотей» (человек, владеющий грамотой) плюс патронимический суффикс -ев. Суффикс указывает на принадлежность: Грамотеев буквально означает «сын Грамотея», «из рода Грамотея». Форма на -ев, а не на -ов, объясняется тем, что основа оканчивается на мягкий согласный «й» (в звучании — на е).

Интересно, что фамилия могла возникнуть и в церковной среде, где грамотей — это дьячок или пономарь, обучавший прихожан. В этом случае фамилия не просто удостоверяла факт владения грамотой, а указывала на конкретную социальную роль предка. В словаре Б. Унбегауна подобные фамилии от прозвищ, характеризующих умственные способности или род занятий, описываются как типичные для непривилегированных сословий, где прозвище закреплялось за человеком по его самому заметному качеству.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным губерниям России, где грамотность среди крестьян была чуть выше средней, но оставалась редкостью. В отличие от фамилий на -ский, которые часто указывали на дворянское происхождение или принадлежность к духовному сословию, Грамотеев — фамилия демократичная: её с равной вероятностью мог получить и крестьянин-начётчик, и посадский грамотей, и сын сельского дьячка.