Фамилия Пыткеев — редкая и с первого взгляда неочевидная. Её основа сразу вызывает вопрос: что такое «пытк-»? Самое вероятное объяснение лежит не в русском, а в тюркских языках. В башкирском и татарском есть слово «пыткы» — так называют замазку, конопатку, а также паклю, которой конопатят щели в срубе. Пыткеевым, скорее всего, был мастер, который занимался конопачением домов, — плотник-изолировщик. Суффикс -ев указывает на русскую модель образования от тюркского прозвища: Пыткый → сын Пыткея → Пыткеев. Фамилия закрепилась на стыке культур, в зоне активного русско-тюркского взаимодействия — скорее всего, в Приуралье, Башкортостане или Татарстане.

Менее вероятна, но возможна версия от диалектного русского глагола «пытать» в значении «спрашивать, допытываться». Тогда Пыткей — это прозвище любопытного или настойчивого человека. Однако у этой гипотезы слабая поддержка: суффикс -ей в русских прозвищах встречается редко, а форма «Пыткей» не зафиксирована в старых документах. Тюркское происхождение выглядит надёжнее ещё и потому, что фамилия Пыткеев почти не встречается в центральных и северных областях России — её география сосредоточена в Поволжье и на Урале.

Словообразовательная модель здесь типична для фамилий, возникших на окраинах Московского государства: тюркское прозвище получало русский патронимический суффикс -ев (после мягкого согласного). Так же образованы, например, фамилии Булатов, Ахметов, Сюндюков — разница лишь в том, что основа Пыткей не стала именем, а осталась прозвищем по ремеслу.

Встречаются варианты написания с одной «к» — Пытеев, но это, скорее всего, результат упрощения при записи или описка в метриках. Основной костяк носителей — жители Башкортостана, Оренбургской и Челябинской областей. Известных исторических деятелей с этой фамилией нет, что неудивительно: фамилия ведёт происхождение от рабочего человека, а не от аристократии или духовенства.