Фамилия Патеев — потомок человека по имени Патей. За этим именем стоит мордовское дохристианское личное имя, а за ним, в свою очередь, эрзянское слово «патя», что значит «старшая сестра». Так что в основе фамилии — не профессия и не прозвище, а родство, причём по женской линии.

Как имя Патей могло попасть мальчику? Тут две равноправные версии, и обе бытовые. Либо так назвали первенца, который родился в семье, где уже подрастала девочка — то есть буквально «брата старшей сестры». Либо имя давали ребёнку, которого воспитывала старшая сестра, заменяя ему мать. Вторая версия правдоподобна в больших семьях, где старшие дети нянчили младших. Слово «патя» — не ласкательное, а прямое обозначение старшинства, поэтому имя звучало скорее как характеристика: «тот, за кем присматривает патя».

Сама фамилия сложилась по стандартной для русской ономастики модели: к основе Патей добавили притяжательный суффикс -ев, который указывает на принадлежность роду. То есть Патеев — «сын Патея», «из семьи Патея». Суффикс -ев, а не -ов, здесь закономерен: основа заканчивается на мягкий согласный, поэтому гласный в суффиксе смягчается.

Стоит различать Патеевых и Патеевых — последние встречаются реже и могут иметь другое происхождение, связанное с тюркскими корнями. Мордовская версия для фамилии Патеев основная, и она хорошо согласуется с ареалом бытования фамилии: её корни уходят в Поволжье, в земли расселения эрзи и мокши.

Сословной привязки у фамилии нет: имя Патей носили и крестьяне, и служилые люди. Фамилия закрепилась в крестьянской среде после отмены крепостного права, когда понадобились официальные родовые прозвания. До этого Патеевы могли числиться по отцу просто как Патеевы дети.