Фамилия Муравей отвечает на вопрос «чей?» и образована от личного прозвища Муравей. Такие прозвища на Руси давали не в обиду, а с дальним прицелом: родители надеялись, что природа воспримет ребёнка как своего, и к нему перейдут полезные качества избранного представителя животного мира. Считалось, что муравей — насекомое, символика которого строится на признаке множественности, а значит, и трудолюбия, и умения жить сообща.

Но был и более приземлённый смысл. Муравьём нередко называли человека маленького роста — цепкого, юркого, хлопотливого. В народной медицине муравьями лечили от ревматизма, от ударов и ломоты в костях, от лихорадки и бешенства. Было и такое поверье: муравьи «бьют масло» на Ивана Купалу или в ночь на 1 августа, когда оно выходит на поверхность муравейника в виде комка, а с восходом солнца тает. Поэтому прозвище Муравей могло нести и обережный смысл — пожелание здоровья и связи с природными силами.

Словообразовательная модель здесь простейшая: прозвище без изменений стало фамилией, что для русских фамилий редкость. Чаще от прозвища образовывали патронимические формы на -ов/-ев или -ин: Муравьёв, Муравьин. Фамилия Муравей сохранила исходный вид, и это делает её ценной для историка: она застыла в той форме, в которой её дали первому носителю. Однокоренные фамилии — Муравлёв, Муравский, Мурашкин (от «мураш») — разошлись по разным моделям, а Муравей осталась отдельным островком.

Встречается фамилия и в украинском, и в белорусском контексте, где слово «муравей» звучит как «мурашка» или «муравель». Но русская фамилия Муравей, скорее всего, закрепилась в северных и центральных говорах, где прозвища без суффиксов были обычным делом. Точной географии бытования не назовём — фамилия редкая, и переписи не дают по ней подробной картины. Известных носителей с такой фамилией на слуху нет, что неудивительно: массовую известность получили именно Муравьёвы, а форма Муравей осталась в тени.

Если коротко: фамилия Муравей — это прямое прозвище, которое могло означать и маленького человека, и трудолюбивого хозяина, и ребёнка, которого хотели «подружить» с природой. Простая форма без суффикса говорит о древности прозвища — такие фамилии обычно старше, чем фамилии на -ов.