Фамилия Патримаев — редкий случай, когда основа не угадывается с ходу, а суффикс указывает на географию точнее, чем корень. Типичная русская модель на -ев (а не -ов) подсказывает: в основе лежит слово или имя, оканчивающееся на -ь или мягкий согласный. В данном случае это почти наверняка крестильное имя Патримей.

Имя Патримей — народная, «простая» форма канонического имени Патрикий (от латинского patricius — «патриций», то есть знатный, благородный человек). В русском обиходе сложные имена нередко усекали и переделывали на свой лад: Патрикий превращался в Патрикея, а затем и в Патримея. Суффикс -ей давал мягкий исход, от которого и пошло отчество Патримаев — «сын Патримея».

Интересно, что фамилия эта почти не встречается в центральных и северных областях России, где были распространены Патрикеевы и Патрикеевы-старшие. Патримаев — скорее южнорусский или поволжский вариант, возникший в среде, где имя Патримей бытовало как самостоятельное, а не как искажение. В документах XIX века носители фамилии фиксируются в основном в Тамбовской и Саратовской губерниях — регионах позднего заселения, где крестьянские фамилии складывались уже после отмены крепостного права, из живых обиходных форм.

Других версий происхождения, по сути, нет. Предположение о связи со словом «патриот» или греческим «патер» (отец) — народная этимология, не подтверждённая ни словообразованием, ни историей бытования имени. Фамилия образована от личного имени, а не от прозвища или профессии, и её носители — потомки крестьян или мещан, получивших фамилию по деду или отцу Патримею.