Фамилия Кольтеева — женская форма, а мужская, Кольтеев, образована по стандартной восточнославянской модели с суффиксом -ев. Этот суффикс присоединяли к основам, которые оканчивались на мягкий согласный или на -й. В данном случае основа — Кольтей. Сама фамилия почти наверняка восходит к прозвищу или нецерковному имени Кольтей.

Что могло лежать в основе этого имени? Самая вероятная версия — связь с тюркскими языками. В тюркских наречиях слово «кол» означает «рука», а «колтай» или «колтей» могло быть прозвищем человека с какой-то особенностью руки — например, сильного, ловкого, или, наоборот, имевшего травму. Учитывая, что фамилии на -ев в центральной России нередко имеют тюркские корни (от татарских, башкирских или ногайских имен), эта версия выглядит убедительно. Менее вероятно, но возможно, что Кольтей — это производное от крестильного имени Николай (через народную форму Коля), но тогда ожидалась бы фамилия Кольтеев, а не Кольтеев — с ударением на второй слог, как от имени Кольтей.

С точки зрения географии, фамилия редкая. Её следы можно найти в Поволжье и на Урале — регионах, где исторически смешивались славянское и тюркское население. Встречается она и в старых списках однодворцев (государственных крестьян) южных губерний, что указывает на возможное происхождение от служилых людей «по прибору» (стрельцов, пушкарей), которых в XVI–XVII веках селили на южных рубежах. Там же, в документах, можно найти и варианты написания — Калтеев, Колтеев, что говорит о нестабильности гласной в первом слоге и подтверждает тюркскую этимологию (в тюркских языках гласные часто редуцируются).

Итак, предок современных Кольтеевых, скорее всего, носил прозвище Кольтей, полученное за какую-то приметную черту, связанную с руками. Он мог быть либо выходцем из тюркской среды, принявшим православие, либо русским, получившим такое прозвище от соседей-татар. Фамилия закрепилась к концу XVII века, а её редкость говорит о том, что род был немногочисленным или его ветви рассеялись.