Фамилия Колеева — женская форма фамилии Колеев, и чтобы понять её происхождение, нужно разобраться с мужским вариантом. Самое вероятное объяснение: фамилия образована от прозвища Колей. В основе этого прозвища может лежать нарицательное «коло» — «круг, окружность». Если так, то Колеем могли называть человека, который пришёл из соседнего поселения, то есть «окольного», не местного. Такие прозвища по месту прежнего жительства были распространены в крестьянской среде.

Однако есть и вторая версия, более неожиданная. Имя или прозвище Колей могли связать с глаголом «колеть» — «мереть, умирать». Звучит мрачно, но в народной традиции это был охранительный приём: давая ребёнку имя с «плохим» значением, родители надеялись обмануть злых духов и уберечь младенца от болезней. То есть Колеем нарекали, желая, чтобы он, наоборот, рос крепким и здоровым.

Фамилия Колеев (и Колеева, соответственно) образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам на мягкий согласный или -й. Потомок человека по прозвищу Колей становился Колеевым. Эта модель характерна для центральной России и Поволжья, но конкретные документальные записи указывают на более западный ареал. В источниках упоминаются Анисим Иванович Колеев, родившийся в 1889 году в деревне Кипячи Быховского района Могилёвской области (современная Беларусь), и Тадика Самситовна Колеева, родившаяся в 1925 году. Эти записи показывают, что фамилия бытовала в восточной части Беларуси, что добавляет к её истории региональный оттенок: возможно, корни рода — не великорусские, а белорусские, с характерным для этих мест произношением и словообразованием.