Фамилия Мавтолеева — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней нет привычного славянского корня, который сразу подсказал бы ремесло или прозвище. Чтобы понять её, нужно отбросить суффикс и присмотреться к основе «Мавтолей».

Скорее всего, перед нами фамилия, образованная от имени или прозвища Мавтолей. Само имя звучит как вариант греческого Мавталей или Мавтолей, где «маврос» — «чёрный, тёмный» (ср. Мавродий, Мавра). Вторая часть может восходить к греческому «лейос» — «гладкий, ровный», либо к «телос» — «цель, конец». В результате прозвище могло означать «черногладкий» или «с чёрной целью» — возможно, так называли человека с очень тёмными волосами и кожей, либо с мрачным, непроницаемым характером.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования: «чей?» — Мавтолеев, то есть сын или потомок Мавтолея. Окончание -а — типично женская форма, так что исходная мужская фамилия — Мавтолеев.

Географически фамилия почти не встречается в центральной России. Она могла бытовать на юге, в казачьих областях, или среди греческого населения Приазовья, где греческие имена адаптировались под русские суффиксы. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) такого корня нет — это говорит о её исключительной редкости и, возможно, позднем закреплении.

Если искать альтернативу, можно предположить искажённое тюркское прозвище, но греческая версия выглядит правдоподобнее: сочетание «мав-» и «-лей» типично для антропонимии византийского круга. Так что предок носительницы фамилии, скорее всего, был человеком с тёмной внешностью или прозвищем, данным по цвету, и жил в среде, где греческие имена переходили в русские фамилии без посредников.