Фамилия Матердей — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Сразу бросается в глаза её нетипичная для русской ономастики структура: окончание -ей, а не привычные -ов, -ин или -ский. Это первый сигнал, что перед нами не исконно русская фамилия, а заимствованная или переоформленная.

Наиболее вероятная версия — фамилия имеет немецкие или голландские корни. В её основе может лежать немецкая фамилия Matherdey или Materdey, которая, в свою очередь, образована от сложного слова. Первая часть — «Mater» (мать) или «Mather» (вариант написания), вторая — «Dei» (Бога) в родительном падеже. Таким образом, исходное прозвище могло означать «Матерь Божья» или «Божья мать». В средневековой Европе подобные «божественные» фамилии давали людям, связанным с церковью: служителям при монастырях, посвящённых Деве Марии, или детям, родившимся в крупный религиозный праздник. Фамилия могла закрепиться за выходцами из немецких земель, переселившимися в Россию в XVIII–XIX веках, особенно в Поволжье.

Менее убедительная, но возможная версия — искусственное происхождение. В семинарской среде было принято давать будущим священникам «говорящие» фамилии, составленные из латинских или греческих корней. Mater Dei (Матерь Бога) — устойчивое латинское словосочетание. Если его записать слитно и русифицировать окончанием, могло получиться Матердей. Однако против этой версии говорит тот факт, что в духовных училищах такие фамилии обычно переводили на славянский (Богородицкий, Богомазов) или оставляли в латинской графике.

Суффиксальная модель фамилии нестандартна. Окончание -ей характерно для фамилий немецкого происхождения (сравните: Фрей, Шелей, Мей), а также для некоторых польских и белорусских фамилий, но в русском языке оно встречается редко. Это ещё раз подтверждает, что Матердей — фамилия-пришелец, адаптированная к русскому произношению, но сохранившая чужую словообразовательную форму.

География фамилии сегодня размыта. Встречается она в основном в России и странах бывшего СССР, но единичными случаями. Крупных родовых гнёзд не прослеживается. По сословной принадлежности предки, скорее всего, относились к мещанам или крестьянам — немецким колонистам, обрусевшим за несколько поколений. Дворянских корней у фамилии нет.