Фамилия Леотьев — один из тех случаев, где написание может ввести в заблуждение. На слух она почти неотличима от распространённой фамилии Леонтьев, но разница в одной букве кардинально меняет историю происхождения. Если Леонтьевы ведут род от крестильного имени Леонтий (от греческого «львиный»), то Леотьев имеет другую, более редкую основу.

Скорее всего, в основе фамилии лежит неканоническое имя или прозвище Леоть. В русских говорах слово «леоть» (или «леотье») могло означать ленивого, неповоротливого человека, увальня. В словаре Владимира Даля зафиксирован глагол «леоть» — лениться, делать что-то нехотя. Таким образом, прозвище Леоть давали медлительному, флегматичному человеку, а его потомки стали Леотьевыми. Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ев присоединялся к основе, оканчивающейся на мягкий согласный (Леоть → Леотьев).

Второй, менее вероятный, вариант — фамилия могла возникнуть из-за диалектного произношения. В некоторых регионах имя Леонтий произносили как «Леотий» или «Леоть», и при записи в документах буква «н» могла выпасть. Однако эта версия спорна: массовых случаев такого выпадения в истории русской ономастики не зафиксировано, и тогда фамилия была бы гораздо чаще встречающейся.

Географически фамилия Леотьев редкая. Она встречается в основном в центральных областях России, но не образует крупных гнёзд. Это говорит о том, что родоначальников было немного, и фамилия не получила широкого распространения из-за неблагозвучного для носителей значения. В отличие от популярных Леонтьевых, Леотьевы — это пример фамилии, которая сохранила прямую связь с народным прозвищем, не облагороженным церковным именем.