Фамилия Пантеллев — редкий вариант написания распространенной фамилии Пантелеев. Обе формы произошли от разговорной формы канонического мужского имени Пантелеймон, которое в переводе с греческого означает «всемилостивый». В народной среде длинное имя сократили до Пантелей, а отчество от этой формы и легло в основу фамилии: сын Пантелея становился Пантелеевым. Написание с двумя «л» — Пантеллев — закрепилось в документах из-за особенностей произношения или ошибок писарей, которые нередко удваивали согласные в подобных именах.

История фамилии уходит корнями в XV век, когда имя Пантелей было широко распространено среди всех сословий. Существовало несколько дворянских родов Пантелеевых, и это говорит о том, что фамилия не была закреплена за одним сословием. Один из родов восходит к концу XV века. Терентий Пантелеев служил думным дьяком в ближней царской думе в 1588 году — должность ответственная, требовавшая грамотности и близости к трону. Петр Михайлович Пантелеев дослужился до генерал-кригс-комиссара в 1766 году, то есть ведал снабжением армии. Николай Николаевич Пантелеев, штабс-ротмистр кавалергардского полка, оставил по духовному завещанию миллион рублей на выкуп крестьянских наделов Порховского уезда — поступок, который выделяет его среди многих дворян того времени. Этот род Пантелеевых внесен в VI часть родословной книги Санкт-Петербургской губернии.

Другой род Пантелеевых происходит от Степана Васильевича Пантелеева, получившего от Лжедимитрия грамоту на отцовские поместья в 1605 году. Его потомство занесено в VI и III части родословной книги Астраханской губернии. Есть еще несколько родов Пантелеевых позднейшего происхождения, что подтверждает: фамилию могли получить и крестьяне, и мещане, и служилые люди, независимо от знатности.

Форма Пантеллев встречается реже, но сохраняет ту же смысловую нагрузку. Потомок человека, обладающего именем Пантелей, со временем получил фамилию Пантеллев, и в ней застыла память о предке, носившем имя «всемилостивый». Судя по дворянским родам, предки носителей фамилии могли быть и дьяками, и военными, и помещиками, а в более поздние века — самыми разными людьми, от крестьян до купцов.