Фамилия Пухлеев образована от прозвища Пухлей, которое ведет начало от прилагательного «пухлый» — то есть «толстый, полный», а также «мягкий, пышный». Такое прозвище, скорее всего, указывало на внешность основателя фамилии: полноту и тучность. Впрочем, в народной традиции полнота нередко связывалась с достатком и здоровьем, поэтому Пухлеем могли назвать и богатого, состоятельного человека, и того, кто отличался физической крепостью и силой.

Само прозвище Пухлей построено по довольно редкой словообразовательной модели: к корню «пухл-» добавлен суффикс -ей, который в русских прозвищах встречается нечасто. Сравните с более привычными формами вроде «толстяк» или «пухляк» — здесь суффикс иной, что делает прозвище более индивидуальным и запоминающимся. Подобные образования могли возникать в семейном или деревенском кругу, где меткое словцо закреплялось за человеком как основное именование.

Со временем прозвище Пухлей легло в основу фамилии: потомки человека, которого так звали, стали писаться Пухлеевыми. Фамильный суффикс -ев указывает на принадлежность роду: буквально «сын Пухлея». Такая модель типична для русских фамилий, образованных от прозвищ с конечным мягким согласным или -й.

Отдельного внимания заслуживает написание: в фамилии сохраняется сочетание «хл», которое могло бы упроститься в разговорной речи, но в письменной форме осталось неизменным. Это помогает отличать Пухлеевых от возможных однокоренных вариантов вроде Пухловых или Пухляковых, хотя все они восходят к одному корню — «пух».

Точных сведений о географии распространения фамилии мало. Можно предположить, что возникла она в северных или центральных русских говорах, где слово «пухлый» употреблялось особенно активно. Но документальных подтверждений этому нет, как нет и данных о знаменитых носителях фамилии — в исторических источниках она не всплывает, что говорит о ее сравнительной редкости и локальном бытовании.