Фамилия Леоеов — редкий случай, когда написание обманчиво. На первый взгляд она похожа на типичную русскую фамилию с суффиксом -ов, образованную от имени или прозвища Лев. Но присмотритесь: в основе стоит не «Лев», а «Лео». В русской традиции имя Лев давало фамилии Львов, Левин, Левков. Корень «Лео» — западноевропейский, восходящий к латинскому «leo» (лев). Поэтому первая и главная версия: фамилия Леоеов — это русификация иностранной фамилии. Её мог получить, например, немец или француз по фамилии Лео (Leo), который переселился в Российскую империю. Русские чиновники или писцы добавили к его основе типичный русский патронимический суффикс -ов, превратив Лео в Леоеов. Так часто оформляли фамилии выходцев из Европы: немец Кох становился Кохом, а поляк Коваль — Ковалёвым.

Есть и вторая, менее вероятная версия, но её стоит рассмотреть из-за необычности корня. В некоторых говорах русского севера и Сибири бытовало слово «леой» или «леоя» — так могли называть ленивого, вялого человека (от диалектного «лео» — лень, неохота). В этом случае фамилия Леоеов могла возникнуть как прозвище Леой (Ленивец) с последующим добавлением фамильного суффикса. Однако эта гипотеза слабая: слово «леой» крайне редкое и локальное, а написание с двумя «о» подряд («Леоеов») для такой модели нетипично. Обычно от прозвища Леой образовали бы Леоев (с одним «о»).

Самая правдоподобная версия — фамилия искусственная или семинарская. В духовных училищах XVIII–XIX веков семинаристам часто давали звучные фамилии на латинский манер. «Лео» — латинское «лев», символ евангелиста Марка и распространённый христианский образ. Фамилию Леоеов (или её первоначальный вариант Лео) могли присвоить выпускнику семинарии за успехи в латыни или просто для благозвучия. Такие фамилии нередко заканчивались на -ов, чтобы вписаться в русскую систему: получилось Леоеов, а не, скажем, Леонин.

В любом случае, носители фамилии Леоеов — потомки людей, чья фамилия прошла через фильтр русской грамматики и письменности. Искать предков стоит не в крестьянской среде, а среди городских сословий, духовенства или обрусевших иностранцев. География фамилии крайне узкая: единичные случаи встречаются в центральных областях России, но массового распространения у неё нет.