Фамилия Пыткеева — женская форма от Пыткеев, и её разумнее всего разбирать через мужской вариант. В основе, скорее всего, не глагол «пытать» (хотя это первое, что приходит в голову), а диалектное или профессиональное прозвище.

Корень «пытк-» в русских говорах имел несколько значений. В архангельских и вологодских диалектах «пыткий» — это проворный, расторопный, бойкий человек. В псковских говорах «пыткий» означало «любопытный, дотошный, всюду сующий нос». Прозвище Пытка или Пыткой могли дать либо очень деятельному работнику, либо, наоборот, назойливому выспрашивателю. Суффикс -еев указывает на принадлежность: чей? — Пыткеев, то есть сын или потомок Пытки.

Модель образования типична для северных и сибирских фамилий. Форма «Пыткеев» (с -еев, а не -ов) говорит о том, что исходное прозвище оканчивалось на мягкий согласный или -й: Пыткей, Пыткай. В коми-пермяцком и удмуртском языках есть слово «пыткӧс» — «тесный, узкий», но это менее вероятно, так как фамилия фиксируется в русских переписных книгах XVII–XVIII веков.

Географически фамилия Пыткеев (и Пыткеева) встречается в основном на Урале и в Западной Сибири, особенно в Тюменской и Курганской областях, а также у староверов. Это косвенно указывает, что предки были либо крестьянами-старожилами, либо служилыми людьми (казаками, ямщиками), которые осваивали Сибирь. Ремесленная версия маловероятна: в русском языке нет устойчивого названия профессии «пыткей» или «пытка».

Однокоренные фамилии — Пытков, Пытьев, Пытин. Ударение в фамилии Пыткеева падает на первый слог — Пы́ткеева, что тоже характерно для севернорусской традиции произношения.