Фамилия Митеев образована от имени или прозвища Митяй через притяжательный суффикс -ев. В русской ономастике Митяй — народная форма крестильного имени Дмитрий. Имя Дмитрий (греч. Деметриос — «посвящённый Деметре», богине земледелия) было широко распространено на Руси, и его производные дали жизнь целому кусту фамилий: Дмитриев, Митрофанов, Митяев, Митин и, собственно, Митеев.

Форма Митеев с суффиксом -еев (а не -аев) указывает на то, что исходное прозвище или имя звучало как Митéй, а не Митяй. В говорах, где «я» переходило в «е» под ударением (явление, встречавшееся в северных и среднерусских диалектах), Митяй превращалось в Митéй. Отсюда и фамилия: не «чей сын?» — Митеев, то есть сын Митея. Такая фонетическая особенность отличает Митеевых от более частых Митяевых и Митиных.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и северо-западным областям России. Встречается она редко, что говорит о локальном бытовании прозвища. Возможно, предок носителя фамилии был не просто Дмитрием, а носил уличное прозвище Митéй — так могли звать медлительного, задумчивого человека (от глагола «митить» — мешкать, тянуть, хотя эта версия менее вероятна, чем связь с каноническим именем).

Сословной принадлежности у фамилии нет: Митеевы могли быть и крестьянами, и мещанами, и священниками. В документах XVII–XVIII веков эта фамилия не зафиксирована в боярских списках, что говорит о её простонародном происхождении. Если искать однокоренные фамилии, то Митеев стоит в одном ряду с Мителевым и Митечкиным — все они образованы от уменьшительных форм имени Дмитрий, но с разными суффиксами и диалектными особенностями.