Фамилия Касатеевы образована от прозвища Касатей. Его основа — диалектное русское слово «касатый», то есть «имеющий косички». Такое прозвище мог получить человек, который носил длинные волосы, заплетённые в косички, — например, мальчик или парень, чья причёска выделяла его среди окружающих.

Существует и другая версия: прозвище могли связать с нарицательным «касатка». В тамбовских говорах так называли ласточку. Эта гипотеза менее правдоподобна, но её сторонники предполагают, что прозвище дали маленькому, любимому ребёнку — как ласковое, уменьшительное именование. Кроме того, в некоторых регионах Касатеем называли миловидного, красивого парня, что тоже отсылает к тёплому, одобрительному смыслу.

Прозвище Касатей закрепилось в качестве основного обиходного имени, а затем легло в основу фамилии. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Касатеев — «сын Касатея» или «из рода Касатея». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ с мягкой или шипящей основой.

Фамилия Касатеевы — редкая, в отличие от более распространённых Касаткиных или Касатовых. Она сохранила диалектную черту, не перешедшую в литературный язык, и поэтому особенно интересна для историков языка. О точном времени и месте её возникновения можно говорить только после серьёзных генеалогических изысканий: процесс формирования фамилий был длительным и не всегда привязан к одной местности.