Фамилия Мархеева — женская форма, мужская соответственно Мархеев. В основе фамилии лежит нецерковное имя или прозвище Мархей. Такие имена на -ей были характерны для русской народной традиции: вспомним хотя бы Дорофей, Тимофей, но в просторечии они сокращались или видоизменялись. Мархей — скорее всего, разговорная форма канонического имени Маркелл (Маркел) или редкого Марк. В церковных святцах есть мученик Маркелл, имя греческого происхождения, означающее «посвящённый Марсу» или «воинственный». В быту оно могло упроститься до Мархей, как, например, Пантелей превращался в Пантюху.

Суффикс -ев указывает на притяжательную модель: «чей?» — Мархеев, то есть сын или потомок Мархея. Это типичная патронимическая фамилия, образованная не от полного крестильного имени, а от его обиходной, уличной формы. Такие фамилии чаще всего встречались в среде крестьян и посадских людей, где официальное имя редко употреблялось в быту.

Географически фамилия Мархеева не массовая, но прослеживается в нескольких регионах. По данным современных телефонных справочников и баз, носители встречаются в Поволжье, особенно в Чувашии и Татарстане, а также на Урале. Это наводит на мысль, что прозвище могло возникнуть в среде староверов или в районах, где русское население соседствовало с финно-угорскими народами, — там упрощение имён шло особенно активно.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: связь с диалектным словом «марха» — так в некоторых говорах называли маску, личину или чучело. Тогда прозвище Мархей мог получить человек, носивший маску на святках, или тот, кого дразнили за необычную внешность. Однако эта гипотеза слабо подкреплена источниками, и большинство ономастов склоняются к имени-основе.

Фамилия Мархеева — хороший пример того, как заурядная модель «имя + суффикс» скрывает за собой живую речевую практику: люди звали друг друга не по святцам, а по-свойски, и эти прозвища закреплялись в роду на века.