Фамилия Холодев образована от прозвища Холод или Холодой. В основе лежит не столько температура, сколько характер или обстоятельства жизни. Прозвище Холод мог получить человек сдержанный, бесстрастный, «холодный» в общении, либо тот, кто родился или попал в беду в суровую зиму. В русских говорах «холодой» означало также «зябкий, мерзлявый» — так могли назвать и постоянно кутающегося, слабого здоровьем человека.

Суффикс -ев указывает на патронимическую модель: Холодев — это «сын Холода». В отличие от более частого -ов, суффикс -ев появляется после мягких согласных и шипящих (ср. Бобров, но Холодев). В данном случае основа на -д смягчается, и окончание -ев закономерно. Фамилия довольно редкая, встречается преимущественно в центральных и северных областях России — там, где зимы долгие и слово «холод» было бытовым и частым в прозвищах.

Можно сравнить с однокоренными фамилиями: Холодов, Холодков, Холодный. Холодев стоит несколько особняком — форма с -ев менее типична для фамилий от прилагательных, что говорит о её более позднем или локальном происхождении. Возможно, в некоторых говорах прозвище звучало как Холодь, Холодей — тогда фамилия могла образоваться от этой формы.

В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) Холодев не выделяется как отдельная статья, но модель образования стандартна: прозвище + притяжательный суффикс. Сословно фамилия могла принадлежать как крестьянам, так и мещанам — никаких признаков дворянского происхождения или редкого суффикса, указывающего на элиту, здесь нет.