Фамилия Сарсеева образована от мужского имени Сарсей, которое в русской традиции стало основой для фамилии с помощью типичного патронимического суффикса -ев. Суффикс указывает на принадлежность: Сарсеев — сын Сарсея. Само имя Сарсей — это, скорее всего, адаптированная на русской почве форма тюркского имени, распространённого у татар, башкир или других народов Поволжья. В тюркских языках корень «сар» может означать «жёлтый», «белый» или «чистый», а в составе сложных имён он нередко указывает на знатность или внешность (например, Сары — «светловолосый»). Однако точное значение исходного имени Сарсей без письменных источников восстановить трудно: это могло быть как личное имя, так и прозвище, данное по цвету волос или кожи.

Географически фамилия Сарсеева встречается преимущественно в регионах с татарским и башкирским населением — в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это указывает на то, что предки носителей фамилии, вероятно, были выходцами из тюркоязычной среды, принявшими православие или сохранившими свою этническую идентичность в составе русского государства. В дореволюционной России такие фамилии часто фиксировались у крестьян и мещан, но могли встречаться и у служилых татар, перешедших на русскую службу.

Словообразовательная модель фамилии проста: основа Сарсей + суффикс -ев. Интересно, что в русском языке суффикс -ев обычно присоединяется к основам на мягкий согласный или й, что и произошло: от имени Сарсей (с конечным й) образована форма Сарсеев. Ударение в фамилии, судя по распространённому произношению, падает на второй слог — Сарсе́ева, хотя в некоторых говорах возможно смещение на первый.

Редкость фамилии объясняется тем, что имя Сарсей не входило в число популярных русских крестильных имён, а бытовало локально. В отличие от более частых фамилий на -ов, таких как Сарсаков или Сарычев, Сарсеева сохранила более узкую региональную привязку и связь с конкретным именем, а не с нарицательным словом. Если искать однокоренные варианты, то можно встретить Сарсеев, Сарсеевы — все они восходят к одному корню, но различаются только окончаниями, указывающими на род или число.