Фамилия Патреева происходит от мужского личного имени Патрей — так в старину могли называть человека, носившего одно из двух крестильных имён: Патрикий или Пётр. Имя Патрикий пришло из латыни, где слово patricius означало «благородный, патриций», то есть человек знатного рода. Имя Пётр, напротив, древнегреческого происхождения и переводится как «камень». Оба имени были распространены на Руси, а их разговорная форма Патрей со временем закрепилась в обиходе.

Фамилия Патреева — женская форма, а мужская, Патреев, строится по типичной модели притяжательных фамилий: к основе Патрей добавляется суффикс -ев, который указывал на принадлежность. Первоначально Патреев означал «сын Патрея», а уже потом закрепился как наследственная фамилия. Такая схема образования характерна для большинства русских фамилий, возникших от канонических имён в XV–XVII веках.

Интересно, что имя Патрей встречалось не только в центральной России, но и в северных землях, где подобные обиходные формы имён сохранялись дольше. Это позволяет предположить, что предки носителей фамилии могли жить в Поморье или на Урале, куда переселенцы приносили свои прозвания.

Стоит различать Патреевых и однокоренные фамилии Патрикеевы, Патрушевы. Если Патреев и Патрушев восходят к краткой форме Патрей, то Патрикеев сохранил полную основу имени Патрикий. Из-за схожести звучания эти фамилии часто путают, хотя их носители не обязательно родственники.

В письменных источниках фамилия фиксируется с XVII века, но точных данных о конкретных родоначальниках нет. Можно лишь уверенно сказать, что первые Патреевы были крестьянами или посадскими людьми, поскольку в дворянских родословных эта фамилия не значится. Сегодня фамилия встречается редко, чаще всего в Поволжье и Сибири, что косвенно подтверждает её народное, не аристократическое происхождение.