Фамилия Леонтьева — одна из тех, что образована от полной, а не уменьшительной формы крестильного имени. В её основе — редкое для русской традиции имя Леонтий, которое в переводе с греческого означает «львиный». Имя это в святцах было, но широкого хождения на Руси не получило: уже к XVIII–XIX векам оно почти вышло из обихода, уступив место более привычным формам. Однако фамилия, от него произведённая, осталась и закрепилась.

Тут есть важный нюанс, который часто упускают. В народном сознании имя Леонтий могло смешиваться с другими каноническими именами — прежде всего с Леонидом, а также с редким латинским Леоном. Все они восходят к одному корню leo — «лев». Поэтому часть носителей фамилии Леонтьева на деле может быть потомками не Леонтия, а Леонида: краткая форма Леон воспринималась как вариант того же имени, и в документах её могли записать как Леонтий. Такая путаница встречалась при церковном учёте, когда священник или писарь «исправлял» имя на полное по святцам.

Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ев присоединялся к основе, оканчивающейся на мягкий согласный (Леонтий → Леонтьев). Фамилия указывает на принадлежность: «чей?» — Леонтьев, то есть сын или потомок Леонтия. Женская форма Леонтьева закрепилась в обиходе как стандартное окончание для женщин, хотя изначально она означала «жена Леонтьева».

Географически фамилия распространена по всей России, но заметно чаще встречается в северных и центральных регионах — в Архангельской, Вологодской, Костромской областях, а также в Поволжье. Это косвенно указывает на то, что имя Леонтий могло бытовать в среде старообрядцев, которые дольше сохраняли архаичные формы имён.

С точки зрения социального происхождения, Леонтьевы не принадлежали к какому-то одному сословию. Фамилия встречается и среди крестьян, и среди купечества, и в духовенстве. Например, в истории русской литературы известен Алексей Леонтьев — писатель и переводчик XVIII века, но это лишь один из многих носителей. В целом фамилия не элитарная, а массовая, что говорит о её давнем укоренении в народной среде.