Фамилия Грамотеева происходит от прозвища Грамотей. В основе лежит слово «грамотей» — так в старину называли человека, умеющего читать и писать, получившего начальное образование. В среде, где грамотность была редкостью, такое умение сразу выделяло человека, и прозвище прочно закреплялось за ним и его потомками.

Образование фамилии типично для русской ономастики: суффикс -ев присоединялся к основе, оканчивающейся на -й. Фамилия отвечает на вопрос «чей?» — то есть сын, потомок Грамотея. Модель «прозвище + -ев» — одна из самых распространённых в России, но в сочетании с корнем «грамот-» она встречается нечасто, что делает фамилию заметной.

Примечательно, что Грамотеевы не просто носили «говорящую» фамилию — некоторые из них оставили документальный след. В Книге памяти Курганской области указаны Павел Иванович Грамотеев (1894 года рождения, из села Полой Мокроусовского района) и Савелий Семёнович Грамотеев (1884 года рождения, из села Полой Спасо-Преображенской волости). Оба родились в одном селе, что указывает на возможный родовой очаг фамилии в Зауралье. Село Полой — старинное поселение на реке Миасс, где грамотный человек мог быть и писарем, и учителем, и церковным чтецом.

Фамилия Грамотеева — редкий случай, когда прозвище прямо указывает на интеллектуальное занятие предка, а не на внешность, характер или ремесло. В крестьянской среде грамотей часто был уважаемым человеком: он читал указы, писал прошения, вёл счёт. Именно такое социальное положение, скорее всего, и закрепилось в фамилии.