Фамилия Мухамедеева — это женская форма фамилии Мухамедеев, и её происхождение напрямую связано с мусульманским миром и тюркскими языками. В основе лежит имя Мухамедей (или Мухамед), которое является одной из народных, обиходных форм арабского имени Мухаммад (Мухаммед). Имя пророка ислама было чрезвычайно популярно у татар, башкир и других тюркоязычных народов России, что породило множество его производных: Мухамет, Мухамед, Мухаммат и, в том числе, Мухамедей.

Ключевая особенность этой фамилии — суффикс -еев. В русской ономастике фамилии на -еев и -еев (в отличие от более массовых -ов и -ев) образуются от основ, оканчивающихся на -ей или -ай. Имя Мухамедей дало основу «Мухамедей-», к которой добавили притяжательный суффикс «-ев». Таким образом, фамилия буквально означает «сын Мухамедея» или «принадлежащий Мухамедею». Это типичная модель для русских фамилий, возникших в среде крещёных татар или в полиэтничной среде Поволжья и Приуралья.

Географически фамилия Мухамедеева тесно привязана к регионам компактного проживания татар и башкир: Татарстан, Башкортостан, а также Оренбургская, Челябинская и Ульяновская области. Встречается она и у казахов, но в форме Мухамедеева (с ударением на втором слоге) — это преимущественно русская по форме фамилия, закреплённая в документах Российской империи.

Стоит отметить, что в отличие от фамилий на -ин (типа Мухамедшин), которые образуются от имён на -ша, фамилия Мухамедеев показывает другой, не менее распространённый способ адаптации восточных имён. Социальный статус предка мог быть любым: от муллы до крестьянина, но само имя указывает на то, что его носитель или его отец были мусульманами, а фамилия закрепилась в процессе русификации документооборота в XIX — начале XX века.