Фамилия Мадлеев — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а явно иноязычное прозвище или адаптированное имя. С первого взгляда бросается в глаза нетипичный для русских фамилий корень «Мадл-». В исконно русском словообразовании такого корня нет, поэтому искать его происхождение нужно за пределами славянских языков.

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с тюркским миром. В татарском и башкирском языках есть имя Мадли (или Мадлей), которое восходит к арабскому «мадли» — «похвальный», «достойный похвалы». Суффикс «-ев» указывает на русскую адаптацию: так оформляли фамилии от тюркских основ в среде крещёных татар, башкир или других народов Поволжья. Следовательно, Мадлеев — это потомок человека по имени Мадлей, которого за какие-то заслуги или качества прозвали «достойным».

Менее вероятна, но возможна версия от прозвища, связанного с диалектным словом. В некоторых говорах русского севера «мадла» могло означать «медлительный человек» или «увалень». Однако эта гипотеза слабая: слово это крайне редкое и локальное, а фамилия с таким корнем почти не встречается в северных регионах. Основной ареал фамилии Мадлеев — Татарстан, Башкортостан и соседние области, что подтверждает тюркскую версию.

Интересно, что фамилия не получила широкого распространения. Она осталась в узком кругу семей, вероятно, выходцев из одного села или рода. В дореволюционных метрических книгах Мадлеевы встречаются в основном среди государственных крестьян и мещан, то есть не были ни дворянами, ни крепостными. Сегодня фамилия сохраняется в основном в Поволжье и изредка — в среде потомков переселенцев в Сибири и Казахстане.