Фамилия Мамаделеева стоит в том же ряду, что и знаменитые русские фамилии тюркского происхождения — Тургенев, Аксаков, Булгаков. Её основа — мужское имя или прозвище Мамадей, которое входит в обширную группу имён с компонентом «Мама-». Этот корень восходит к слову «мама» в значении «отец, предок» (в некоторых тюркских языках) или к имени Мамай — историческому темнику Золотой Орды. Суффикс «-ей» в данном случае — характерный тюркский уменьшительно-ласкательный или почтительный аффикс, который придавал имени оттенок уважения или родственной близости.

Прибавление русского патронимического суффикса «-ев» (в женском варианте «-ева») превратило тюркское прозвище в полноценную русскую фамилию по модели «чей?» — то есть «сын Мамадея». Это типичный для XVI–XVII веков способ адаптации иноязычных имён в русской среде: корень остаётся тюркским, а грамматика становится славянской.

Вероятнее всего, предок носительницы фамилии Мамаделеева получил прозвище Мамадей за какие-то личные качества или внешность, которые напоминали окружающим образ Мамая — либо как отсылку к силе и властности, либо как бытовое прозвище человека с восточными чертами. В отличие от фамилии Менделеев, которая восходит к имени Мендей (от «мен» — родинка), Мамаделеева имеет более прямую и прозрачную связь с именем Мамадей.

Фамилия редкая и географически привязана к регионам, где исторически смешивались тюркское и русское население — Поволжье, Урал, южные степи. Встречается она преимущественно в женской форме, что говорит о её недавней фиксации в документах: в XIX веке фамилии часто записывали по мужской линии, а женские варианты закрепились позже, уже в советских паспортах.