Фамилия Литреев — редкий случай, когда основа, на первый взгляд, прозрачна, но на деле ставит исследователя в тупик. Самое очевидное, что приходит в голову, — связь с литературой, с «литрой» (устаревшее название буквы, единицы измерения). Однако если присмотреться к словообразованию, эта версия дает трещину.

В русских фамилиях на -ев суффикс обычно присоединяется к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или на -й. Если бы фамилия произошла от прозвища Литера (человек, имеющий дело с буквами, грамотей), мы бы получили Литерин или Литеров, но не Литреев. Форма Литреев указывает на основу «Литрей» или, что более вероятно, на вариант «Литрея». Здесь, скорее всего, работает модель отчества от имени или прозвища, которое звучало как Литрей. Такое имя могло быть народной, просторечной формой церковного имени, например, Митрофан (через стадии Митрей, Литрей). В крестьянской среде XVII–XVIII веков имена часто сокращали и переделывали до неузнаваемости, и Литрей — один из возможных «осколков» полного имени.

Вторая, более приземленная версия, связана с ремеслом. В южнорусских и украинских говорах «литра» или «литрей» могли называть человека, который занимался литьем — металла, колоколов, свечей. Однако фамилии на -ей от названий профессий встречаются реже, чем на -арь или -ник, поэтому эта гипотеза менее вероятна, но сбрасывать ее со счетов не стоит. Фамилия могла закрепиться за литейщиком, которого в быту звали Литрей.

Географически фамилия Литреев встречается точечно, преимущественно в центральных областях России и в Поволжье. В дореволюционных метрических книгах она фиксируется в среде государственных крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией не известно. В советское время, в эпоху всеобщей грамотности, фамилию могли переосмыслить как «литературную», но этимологически она, скорее всего, старше и происходит из народной ономастики, где искаженные имена и прозвища были нормой.