Фамилия Николеева — редкий пример, когда фамилия образована не от канонического имени Николай, а от его разговорной, народной формы Никóла. В русской ономастике это нестандартный путь: подавляющее большинство фамилий на -ев/-ов произведено от полной церковной формы (Николаев, Никольский). Форма Никóла была широко распространена в северных и центральных губерниях России, особенно в крестьянской среде, где имя произносили с ударением на первый слог. Соответственно, отчество «Никóлаев сын» давало фамилию Никóлаев, а женский вариант — Никóлаева. Со временем написание могло упроститься до Николеева, хотя в документах XIX века встречаются оба варианта.

Словообразовательная модель проста: основа Никóл (от имени Никóла) плюс суффикс -ев-, указывающий на принадлежность. Суффикс -ев- (вместо -ов-) стоит после мягкого согласного «л», что соответствует общему правилу русского языка. Таким образом, Николеева буквально значит «дочь (или жена) Никóлаева», то есть потомок человека по имени Никóла.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где бытовала именно форма Никóла: Архангельская, Вологодская, Вятская губернии. В переписях XVIII–XIX веков Николеевы встречаются среди государственных крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией нет — это однозначно народное образование, без латинских или польских корней.

Стоит упомянуть возможную путаницу с фамилией Никулина (от уменьшительного Никула) или Никольский (семинарская фамилия). Николеева стоит особняком: она сохранила в основе именно разговорную форму, которую в советское время почти вытеснило стандартное «Николай». Поэтому носительница фамилии — носительница редкого языкового следа, когда имя звучало не по-церковному, а по-деревенски, тепло и коротко.