Фамилия Сисоев образована от имени Сисой, которое, в свою очередь, восходит к библейскому имени Сисой (с ударением на второй слог). В русском обиходе это имя, хоть и редкое, встречалось в среде духовенства и крестьян. Суффикс -ев указывает на типичную модель русских фамилий: «чей?» — Сисоев, то есть «сын Сисоя». Если бы имя имело форму Сисой, фамилия звучала бы как Сисойев, но в быту усечение до Сисой дало более компактный вариант.

Интересная деталь: в отличие от более частых фамилий на -ов, здесь суффикс -ев появился из-за мягкого окончания основы (Сисой → Сисоj-ев). Это сразу отличает Сисоева от, скажем, Иванова или Петрова. В дореволюционных переписях фамилия встречалась в центральных губерниях — Рязанской, Тамбовской, Владимирской, — где имя Сисой было известно как календарное, хоть и нечастое. По одной из версий, имя могло прийти через греческое Σισόης, что связано с египетским монахом IV века, преподобным Сисоем Великим.

Спорным моментом можно считать возможную связь с диалектным словом «сисой» — в некоторых говорах так называли человека с необычной походкой или того, кто «сисовал» (сутулился). Но эта гипотеза слабая: нет надежных источников, подтверждающих такое прозвище в русской среде. Правдоподобнее, что фамилия — чисто патронимическая, от церковного имени, которое в народе адаптировали до простого и звучного Сисой.

Встречаются варианты написания с одной «с» (Сисоев и Сисойев), но первый закрепился как основной. Носители фамилии нередко путают её с Сысоевым, хотя это разные корни: Сысой — от греческого «Сисой» через народное переосмысление, а Сисоев — более архаичная форма, сохранившая исходное звучание.