Фамилия Соловеи — редкий пример фамилии, которая сохранила старую русскую форму множественного числа. В отличие от привычных Соловьёвых или Соловьёвых, здесь нет суффикса принадлежности -ов или -ин. Фамилия Соловеи — это застывшая форма родительного или именительного падежа множественного числа от прозвища Соловей. Такие фамилии встречаются в основном на Русском Севере, в частности в Архангельской и Вологодской областях, где была распространена модель образования фамилий через -их, -ых, а также через чистую основу во множественном числе (Соловьи, Соколы, Кузнецы).

Основа фамилии — прозвище Соловей. Его давали певучему человеку, обладателю красивого голоса, либо тому, кто любил петь и веселиться. В некоторых говорах «соловей» могло означать и светловолосого, белёсого человека (от диалектного «соловой» — бледный, белёсый). Прозвище было распространённым и нередко становилось неофициальной фамилией, а затем и официальной, но в форме Соловеи она закрепилась только в тех местах, где фамилии образовывали без стандартных суффиксов.

Словообразовательная модель здесь необычна: фамилия не указывает на конкретного предка («чей сын?»), а скорее на целый род или семейство — «Соловеи» как «семья, где все Соловьи». Это сближает её с фамилиями на -их (Соловьиных), но без суффикса. Такая форма встречается в документах XVII–XVIII веков, когда писцы фиксировали крестьян по прозвищу в том числе и во множественном числе: «двор Соловеев» или «Соловеи». Впоследствии часть таких фамилий утратила окончание -и, перейдя в стандартную модель, но Соловеи сохранилась.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» фамилии с окончанием -и без суффикса упоминаются как архаичная севернорусская черта. Похожие примеры — Сороки, Голуби, Соколы. Фамилия Соловеи — один из немногих живых примеров этой модели, и её носители, скорее всего, происходят из деревень, где фамилии закрепились в допетровскую эпоху.