Фамилия Остейка — редкий случай, когда корень слова почти наверняка указывает на географическое происхождение, а не на прозвище или профессию. В её основе лежит топоним Остейка — название реки, впадающей в озеро Ильмень, или одноимённой деревни в Новгородской области. Таким образом, первым носителем фамилии был, скорее всего, выходец с берегов этой реки или житель села Остейка. Модель образования проста: суффикс -к- в русских фамилиях часто выполняет роль уменьшительного или уничижительного, но здесь он, напротив, закрепил топонимическую привязку, как в фамилиях Дубейка, Зайка.

Вторая, менее вероятная версия, связывает фамилию с литовским или балтским корнем «ost-» (острый, колючий), откуда могло возникнуть прозвище Остей — колючий, задиристый человек. Однако против этой гипотезы говорит редкость такой модели для русских фамилий: суффикс -ка присоединяют обычно к основе, а не к целому прозвищу. К тому же река Остейка — реальный, документально зафиксированный гидроним, что делает географическую версию основной.

Фамилия Остейка не принадлежала дворянству или духовенству — она типично крестьянская, северо-западная. Её носители — это, вероятно, новгородские или псковские крестьяне, чьи предки переселились в другие губернии в XVIII–XIX веках, но сохранили в фамилии память о малой родине. Встречается она крайне редко, в основном в Тверской и Ленинградской областях, что подтверждает её локальный характер.