Фамилия Хламеев — редкий случай, когда основа прозвища не лежит на поверхности и заставляет заглянуть в словари. В отличие от множества фамилий на -ов, образованных от крестильных имён или очевидных профессий, Хламеев явно происходит от прозвища или мирского имени Хламей.

Самая прямая версия связывает эту основу со словом «хлам». В старых говорах «хламом» называли не только мусор и старьё, но и хворост, валежник, а также — в переносном смысле — нерасторопного или неряшливого человека. Прозвище Хламей мог получить либо тот, кто занимался сбором хвороста или утиля, либо человек, которого окружающие считали безалаберным. Модель образования проста: к основе Хлам- добавился фамильный суффикс -еев (фонетический вариант -ев после мягкого согласного), и получилось «сын Хламея».

Стоит рассмотреть и менее очевидную, но лингвистически возможную версию. В некоторых диалектах «хламей» или «хламля» означало «обжора», «ненасытный едок». В этом случае фамилия указывала бы на иную черту характера предка — прожорливость. Оба толкования укладываются в традицию русских прозвищ, которые часто давались по внешним признакам или поведению.

Суффикс -еев (вместо более распространённого -ов) обычно указывает на то, что основа прозвища оканчивалась на мягкий согласный или на -й. В данном случае — на [й] (Хламей). Такие фамилии чаще встречаются в северных и центральных регионах России, хотя точных данных о географии Хламеевых в открытых источниках нет — фамилия редкая.

В ономастической литературе нет специальных статей, посвящённых фамилии Хламеев, но её разбор по аналогии с другими «хламовыми» фамилиями (Хламов, Хламкин) подтверждает бытовой, прозвищный характер. Фамилия не связана ни с дворянскими родами, ни с известными историческими личностями — это типичный случай, когда за основу взяли меткое народное слово, и оно закрепилось за семьёй.