Фамилия Пантелее — редкий случай, когда суффикс подсказывает не географию, а социальный статус. В отличие от массовых -ов/-ев и -ин, окончание -ей типично для украинской и белорусской традиции, но в русском контексте оно почти всегда указывает на выходцев из духовного сословия. Семинарские фамилии часто образовывали искусственно: брали основу от имени святого и добавляли непривычный для крестьян суффикс. Так появились Пантелеевский, Пантелеимонов и, вероятно, Пантелее — как усечённый вариант.

Основа здесь — каноническое имя Пантелеймон (в просторечии Пантелей, Пантелея). В православных святцах это великомученик, покровитель врачей. Но фамилию Пантелее вряд ли дали лекарю — скорее, её получил ученик духовной семинарии или священник, чей отец или он сам носил имя Пантелеймон. Модель образования проста: от имени Пантеле(й) отсекли конечный -й и прибавили фамильный формант -ей, который в южнорусских и украинских говорах мог заменять стандартное -ев.

Встречаются и другие версии. Иногда Пантелее — это русифицированная форма болгарской или сербской фамилии с тем же корнем, где -ей — обычный патронимический суффикс. Но для русских земель более вероятно семинарское происхождение. В XIX веке такие фамилии нередко писали с двумя «е» на конце, что закрепилось в документах.

Географически фамилия редкая, рассредоточена. Небольшие гнёзда есть на юге России и в Сибири — там, куда ссылали или переводили служить церковнослужителей. В дореволюционных метриках Пантелее чаще встречается среди псаломщиков и дьячков, чем среди крестьян. Это косвенно подтверждает гипотезу: предки носителя фамилии, скорее всего, имели отношение к церковной среде, а не к ремеслу или прозвищу.