Фамилия Наточеева образована от прозвища или мирского имени, которое в основе своей имеет слово «наточий» или глагол «наточить». Чаще всего такое прозвище закреплялось за человеком, который умел мастерски точить инструменты — ножи, косы, топоры. Ремесло точильщика в деревне было нужным и уважаемым, поэтому прозвище могло легко перейти в фамилию, закрепившись за родом потомков.

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий: к основе на -ч- добавляется суффикс -еев, который является фонетическим вариантом более распространённого -ов после мягких или шипящих согласных. Так из прозвища Наточей (или Наточий) возникла форма Наточеев, а женский вариант Наточеева — это просто форма, указывающая на жену или дочь носителя мужской фамилии. Такая модель типична для центральной России и Поволжья, где фамилии на -еев встречаются часто.

Именования, образованные по той же модели, что и фамилия Наточеева, широко представлены в ономастике восточных, западных и южных славян. Славянские фамилии возникали от личного прозвища или от имени (христианского или языческого), и здесь мы видим именно прозвищный путь: он не связан с крестильным именем, а отражает занятие или характерную черту человека. В отличие от фамилий, произведённых от канонических имён, такие прозвищные фамилии часто более «говорящие» — они напрямую рассказывают о предке.

Существует и вторая, менее вероятная версия: основа могла быть связана с диалектным словом «наточить» в переносном смысле — «настрочить», «быстро сделать», или даже с глаголом «точить» в значении «источать, лить». Тогда прозвище Наточей мог получить говорун или человек, который «точит лясы», то есть балагур. Однако ремесленная версия выглядит правдоподобнее: прозвища по профессии в русской ономастике встречаются чаще, чем прозвища по манере речи, и они устойчивее переходят в фамилии.

В документах фамилия встречается в формах Наточеев и Наточеева, причём ударение обычно падает на второй слог — Натóчеева, что косвенно подтверждает происхождение от глагола «наточить», а не от имени Наталья (в этом случае ударение было бы на третьем слоге). Эта деталь важна: она помогает отличить нашу фамилию от омонимичных образований, которые могли возникнуть от женского имени Наталия через промежуточную форму Наточа.

Родственные фамилии — Наточкин, Наточин, Наточиев — встречаются реже и в основном в южнорусских областях, тогда как Наточеева тяготеет к северо-востоку от Москвы. В целом фамилия редкая, не частотная, что говорит о её локальном происхождении: вероятно, родоначальник был известен в пределах одного села или уезда, и фамилия не получила широкого распространения за его пределами.