Фамилия Мохнатеев — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти не зашифровано. Её ядро — прилагательное «мохнатый», то есть покрытый густой шерстью, волосами, косматый. В русских говорах слово имело и переносные значения: так могли назвать неухоженного, лохматого человека или, напротив, того, кто носил одежду из меха, овчины, «мохнатый» тулуп. Прозвище Мохнатый давали и за густую бороду, и за растрёпанные волосы — в среде, где опрятность ценилась, такая примета сразу бросалась в глаза.

Словообразовательная модель здесь нестандартная. Фамилия образована не напрямую от прозвища Мохнатый через суффикс -ов (Мохнатов), а от притяжательной формы Мохнатей — «сын Мохнатого». Суффикс -еев (с беглым гласным) встречается реже, чем -ов или -ин, и указывает на старую русскую модель, где основа оканчивалась на -ей: Мохнатей — Мохнатеев. По той же схеме сложились, например, фамилии Бородатей (от Бородатый) или Горбатей (от Горбатый). Таким образом, Мохнатеев буквально значит «внук (или потомок) того, кого звали Мохнатей», а Мохнатей — это тот же Мохнатый, но в более архаичной, краткой форме.

География фамилии узкая. Основной массив носителей зафиксирован в Поволжье, особенно в бывшей Казанской и Симбирской губерниях, а также на Урале. Это согласуется с тем, что прозвище Мохнатый активно бытовало именно в северных и восточных русских говорах. Социальный состав предков, судя по архивным данным, — в основном государственные крестьяне и однодворцы. Дворянских родов Мохнатеевых не известно: фамилия осталась в среде непривилегированных сословий, что типично для прозвищ, описывающих внешность, а не род занятий.

В написании фамилии возможна путаница с вариантом Мохнатов. Обе формы происходят от одного корня, но Мохнатеев — более редкая и, по всей видимости, более старая. Встречается также искажённое Махнатеев, где «о» перешло в «а» под влиянием акающих говоров. Но исходный вариант — с «о», и именно он закреплён в большинстве документальных источников XIX века.