Фамилия Пахомеев происходит от канонического имени Пахомий — так на Руси называли мальчиков в честь христианских святых. Само имя греческого происхождения и переводится как «широкоплечий». В церковном календаре почитается несколько святых с этим именем; среди них — мученик Пахомий, казнённый в 1780 году за отказ принять ислам. Потомки человека по имени Пахомий со временем стали писаться как Пахомеевы.

Фамилия образована по стандартной для русской ономастики модели: к основе Пахомей (народная форма имени Пахомий) добавили притяжательный суффикс -ев, обозначавший принадлежность роду. То есть Пахомеев буквально — «сын Пахомея», а в более широком смысле — «из семьи Пахома». Интересно, что в бытовой речи имя чаще звучало как Пахом, поэтому более распространённой стала фамилия Пахомов. Форма Пахомеев встречается реже и сохранила более книжное, близкое к церковному произношению звучание основы.

Точное место и время возникновения фамилии Пахомеев установить сложно: русские фамилии формировались постепенно, на протяжении нескольких столетий, и у разных ветвей рода этот процесс мог идти независимо. Однако сам факт существования такой формы говорит о том, что предки носителей фамилии были людьми грамотными или жили в среде, где церковная традиция имени сохранялась крепко. В крестьянской среде Пахомеевы могли появиться после отмены крепостного права, когда бывшим крепостным массово присваивали фамилии по имени отца или деда.

Фамилия Пахомеев — живой памятник славянской письменности: она соединила греческое имя, церковную традицию его употребления и чисто русский способ образования родового прозвания.