Фамилия Молофеева — женская форма, а её мужской вариант Молофеев. В основе фамилии лежит имя или прозвище Молофей. Слово «молофей» в русских говорах имело два основных значения, и оба могли дать начало фамилии.

Первое значение — «молодой, неопытный человек», «зелёный юнец». Второе, менее очевидное, — диалектное название растения (возможно, молочай или какой-то вид полыни). В старину прозвища по растениям давали людям с соответствующими чертами характера или внешности: высокий и худой (как стебель), или, наоборот, имеющий отношение к травам, знахарству. Таким образом, родоначальник Молофеевых мог быть либо молодым парнем, которого так и прозвали за возраст, либо человеком, связанным со сбором трав.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Молофеев — сын Молофея. Модель образования типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда отчества на -ов/-ев закрепились как наследственные. Встречается фамилия преимущественно в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской и Архангельской губерниях, где диалектное слово «молофей» было в ходу.

Спорных версий происхождения немного. Иногда Молофеева пытаются связать с греческим именем Мелетий (через искажённое «Мелофей»), но это маловероятно: фамилия явно народная, а не книжная, и её корень лежит в живой речи, а не в святцах. Ономастических исследований, специально посвящённых этой фамилии, нет, но она хорошо вписывается в ряд «растительных» прозвищ, описанных в работах Б. Унбегауна и В. Никонова.