Фамилия Полеева — женская форма фамилии Полеев, и её происхождение неочевидно с первого взгляда. Если отбросить типичный для русских фамилий суффикс -ев (который указывает на принадлежность: «чей?» — Полеев), остаётся корень «Поле-». Самая распространённая версия — связь с существительным «поле». Однако здесь важно уточнить: фамилия образована не напрямую от слова «поле» (тогда была бы Полев или Полевой), а от прозвища или имени Поле́й. В старину Полеем могли называть человека, который жил в поле, работал в поле или, наоборот, был родом из местности с названием Поле, Поли (такие топонимы встречаются, например, в бывших польских и белорусских землях).

Менее очевидная, но лингвистически возможная версия — связь с диалектным глаголом «полеть» (гореть, пылать) или с древнерусским словом «поле» в значении «степь, открытое пространство». В таком случае Полеем могли прозвать человека с «горячим» нравом или того, кто жил в степи. Третья гипотеза, которую приводят некоторые исследователи, — происхождение от календарного имени Полиевкт (в просторечии Полий, Полев). Но эта версия слабее: от Полиевкта скорее пошли бы фамилии Полиевктов, Поливцев, а не Полеев.

Особенность фамилии — её относительная редкость. В отличие от массовых Полевых или Поляковых, Полеевы встречаются нечасто, что может указывать на локальное происхождение, возможно, в среде крестьян или однодворцев южнорусских губерний. Суффикс -ев, а не -ин, типичен для фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или й (Поле́й → Полеев). Таким образом, предок современного носителя фамилии Полеева, скорее всего, был человеком, которого в своей общине знали по прозвищу Поле́й — «полевик», «степняк» или «житель открытой местности».