Фамилия Мадеев — довольно редкая и неоднозначная с точки зрения происхождения. Её основа, скорее всего, тюркская или арабская, а суффикс -ев указывает на русскую модель патронимической фамилии: «чей?» — Мадеев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Мадей.

Самая вероятная версия возводит корень к мусульманскому имени Мадей (или Мади), которое является одной из форм имени Махди (араб. «ведомый по правильному пути», «ожидаемый спаситель»). В тюркских языках, особенно у татар и башкир, имя Мадей встречается как самостоятельное или как сокращение от сложных имён (например, Мадейяр). В этом случае фамилия Мадеев указывает на предка, носившего это имя, и типична для татарских, башкирских или казахских родов, которые после крещения или в процессе русификации получали фамилии на -ев/-ов.

Есть и другая, менее распространённая версия: связь с тюркским словом «мадай» или «мадей» — «помощь», «поддержка». Тогда прозвище Мадей могли дать человеку, который всегда выручал, был надёжным товарищем. Однако эта гипотеза слабее, так как в ономастике имена-обереги или прозвища по абстрактным качествам встречаются реже, чем прямые заимствования из имённика.

Географически фамилия Мадеев встречается в Поволжье (Татарстан, Башкортостан), на Урале и в Западной Сибири — там, где исторически были сильны тюркские общины. Встречаемость низкая, что говорит о локальном распространении. В русских документах фамилия могла закрепиться за выходцами из служилых татар или башкир, которые переходили на русскую службу и получали земли. В написании встречаются варианты Мадеев и Мадиев — второй ближе к арабскому оригиналу.

Сословная принадлежность носителей фамилии не прослеживается по единому шаблону: среди Мадеевых могли быть и крестьяне, и купцы, и духовные лица. Известных исторических личностей с такой фамилией в общероссийских энциклопедиях нет, что типично для редких родовых имён.