Фамилия Мухамеев — яркий пример того, как русская модель образования фамилий наложилась на имя из тюркской или арабской традиции. В основе лежит имя Мухаммед (араб. «восхваляемый», «прославляемый»). На территории России, особенно в Поволжье и на Урале, это имя часто бытовало в народных, упрощённых формах — Мухамей, Мухамай, Мухамет. От такой обиходной формы и появилась фамилия: к основе «Мухамей» добавили типичный русский патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («сын Мухамея»).

Ключевое отличие этой фамилии от более распространённой Мухаметов — в суффиксе. Мухамеев образован от краткого варианта имени, что характерно для разговорной речи и могло закрепиться в документах при неточной записи. Вероятнее всего, предок носителя фамилии был человеком, которого в быту звали именно Мухамей, а не полным именем Мухаммед или Мухамет. Это не прозвище, а именно адаптированное имя, которое при крещении или записи в метрические книги получило русское фамильное окончание.

С географической точки зрения фамилия Мухамеев наиболее типична для регионов с компактным проживанием татар, башкир и других тюркских народов: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области. Встречается она и у представителей исламизированных народов Кавказа, но в меньшей степени. В русском контексте эта фамилия — маркер смешанных культурных связей, когда имя восточного происхождения оформилось по славянской модели.

С точки зрения словообразования, фамилия Мухамеев входит в обширную группу фамилий на -ев, образованных от личных имён. В отличие от фамилий на -ин (типа Мухамедин), здесь использован суффикс притяжательного прилагательного, который в русской традиции стал основным для фамилий, основанных на основах, оканчивающихся на согласный или йот. Социальный статус предка мог быть любым: от крестьянина до купца или муллы, так как имя Мухаммед было распространено во всех слоях мусульманского населения.