Фамилия Панталеев — редкий случай, когда церковное имя, известное в народе в одной форме, закрепилось в фамилии в другой, более книжной. В основе лежит каноническое имя Пантелеимон (в переводе с греческого — «всемилостивый»). В быту это имя чаще всего превращалось в Пантелей, отсюда огромное количество фамилий Пантелеев, Пантелькин, Пантюхин. Но Панталеев указывает на иную, более редкую народную форму — Панталей. В ней произошла замена «е» на «а», возможно, под влиянием акающих говоров юга и центра России, где безударное «е» звучало как «а» и в какой-то момент закрепилось на письме.

Суффикс -ев (а не -ов) указывает на то, что основа имени заканчивалась на мягкий согласный. Панталей — это усечённая, обиходная версия полного имени, которую использовали в быту. Человек по имени Панталей, скорее всего, был крещёным, и его потомков записывали как Панталеевы. Со временем, при оформлении документов, фамилия могла потерять второе «е» (Панталеев вместо Панталеев), но это не меняет её сути.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где было сильно влияние церковнославянской письменности и где аканье было нормой — это южнорусские области, Украина, а также старообрядческие поселения. В отличие от массового Пантелеева, Панталеев встречается заметно реже. Это не описка и не случайность, а след того, как местное произношение «законсервировало» имя в документах.

Социальный контекст прост: Панталеи были крестьянами, мещанами, реже — купцами. Фамилия не аристократическая, а народная, образованная по простой патронимической модели: сын Панталея. Никакого прозвища или ремесла тут нет — только имя, данное при крещении, и его местная, «акающая» версия, которая со временем стала родовой.