Фамилия Понтилеев — редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. В отличие от фамилий на -ов/-ев, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), основа Понтилеев указывает на греческое или латинское влияние, но с оговоркой: прямой канонической формы «Понтилей» в святцах нет.

Скорее всего, в основе лежит греческое имя Понтий (Pontios), что значит «морской», «относящийся к морю» (от pontos — море). В православной традиции это имя известно по святому Понтию Пилату (парадоксально, но в коптской и эфиопской церкви его почитают как мученика, в русской традиции он не канонизирован). Однако более вероятный источник — имя Понтиан (лат. Pontianus), которое носил римский папа III века. В русском просторечии оно могло трансформироваться в Понтилей через добавление суффикса -ей, характерного для народных форм (как Филипп — Филилей, Кирилл — Кирилей).

Фамилия образована по стандартной модели: основа Понтилей + патронимический суффикс -ев (сын Понтилея). Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа заканчивалась на мягкий согласный или й. Это типично для фамилий, возникших в среде, где имя произносили с йотированным окончанием: Понтилей → Понтилеев.

Географически фамилия почти не встречается. В дореволюционных справочниках и современных базах данных она единична, что говорит о её локальном бытовании, возможно, в старообрядческой или южнорусской среде, где греческие имена сохранялись дольше. По сословной принадлежности носители, скорее всего, были крестьянами или мещанами — дворянские роды с такой фамилией не зафиксированы.

Других версий, кроме греческой, практически нет. Попытки связать фамилию с итальянским Pontile (пирс, причал) или с тюркскими корнями выглядят натяжкой: суффикс -еев и отсутствие фамилии в регионах с итальянским влиянием делают их маловероятными. Так что Понтилеев — это редкий след греческого или латинского имени, переработанного русским языком и закрепившегося за одним родом.