Фамилия Пантилеев образована от канонического крестильного имени Пантелеимон, что в переводе с греческого означает «всемилостивый». Однако напрямую от полной формы имени фамилию не производили. В русской народной традиции это имя давало несколько обиходных вариантов: Пантелей, Пантюха, Пантя и, наконец, Пантилей — именно он и лег в основу фамилии. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Пантилеев буквально значит «сын Пантилея». В отличие от фамилий на -ин (от основ на -а/-я), здесь сработала модель отчества от имени, оканчивающегося на мягкий согласный.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским областям, а также к старообрядческим поселениям. Встречается она реже, чем более распространенная Пантелеев, и это не случайность: форма Пантилей считалась простонародной, диалектной. В документах XVII-XVIII веков можно найти запись «Пантилейко», что подтверждает бытование этого варианта в крестьянской и посадской среде. Поэтому предки носителя фамилии, скорее всего, не принадлежали к дворянству или духовенству — те чаще фиксировались в полной, книжной форме имени.

Интересна неочевидная деталь: фамилия Пантилеев могла возникнуть и от фонетического искажения имени Пантелеймон в устной речи, где безударное «е» переходило в «и», а конечное «мон» отсекалось. Такой процесс типичен для говоров, где имя сокращали до удобного в быту Пантилей. В ономастическом словаре Б. Унбегауна этот случай разбирается как пример «народной этимологии» при адаптации греческих имен.

Не стоит путать Пантилеева с фамилией Пантелеев — это разные словообразовательные гнезда, хотя корень один. Первая имеет более узкую региональную привязку и звучит архаичнее, вторая распространена шире и литературно нормативна. Если ваш предок писался именно через «и» в корне — это верный признак того, что он жил в среде, где церковная форма имени не прижилась, а бытовал ее усеченный разговорный вариант.