Фамилия Кесарев произошла от имени или прозвища Кесарь. В основе лежит латинское Caesar — «цезарь» (от глагола «рассекать»). В русской традиции имя Цезарь, а также его украинский вариант Кесарь, вошло в обиход через церковные святцы, хотя и не было широко распространено. Со временем это имя стало нарицательным: после Юлия Цезаря титул «цезарь» носили римские императоры и их наследники, а в поздней империи так называли младшего соправителя при августе.

Поэтому фамилия Кесарев могла образоваться двумя путями. Первый — от крестильного имени Кесарь: так называли мальчика в честь святого, носившего это имя. Второй, более вероятный в народной среде, — от прозвища Кесарь. Прозвище давали человеку властному, гордому или знатному, словно подчёркивая его «императорские» замашки. В быту прозвища часто вытесняли редкие церковные имена, так что фамилия Кесарев скорее всего пошла именно от уличного прозвания.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Кесарь добавили притяжательный суффикс -ев, означающий «чей?» — то есть «сын Кесаря» или «принадлежащий Кесарю». Это типичный пример фамилии-патронима, где суффикс указывает на родство. По той же модели возникли фамилии Цезарев (от прямого латинского варианта) и Царев (от славянского «царь» — сокращения от «цесарь»). Все они — родственники по корню, но Кесарев стоит ближе к украинской и южнорусской традиции произношения, где «ц» перешло в «к».

Встречается фамилия Кесарев преимущественно в России и на Украине, причём на юге России и в старообрядческой среде её фиксируют чаще, чем в центральных областях. В дореволюционных документах можно найти как крестьян, так и мещан с этой фамилией — сословной привязки у неё нет. Среди известных носителей выделяются врачи, военные и деятели науки, но в целом фамилия остаётся достаточно редкой, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска.