Фамилия Талеев — одна из тех русских фамилий, которые проще всего объяснить через тюркское имя-основу. В её основе лежит личное имя Талей (или Талай), которое было распространено среди татар, башкир и других народов Поволжья. В переводе с тюркского «талай» означает «море» или «океан», а в переносном смысле — «множество», «изобилие». Имя могли давать ребёнку как пожелание богатой и широкой жизни, безбедной судьбы.

С точки зрения словообразования фамилия Талеев — типичная русская патронимическая модель на -ев. Суффикс присоединяли к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или й (Талей → Талеев). Это значит, что первый носитель фамилии был сыном человека по имени Талей. В русской среде такие фамилии часто возникали при крещении татарских мурз или при переходе тюркских родов на русскую службу в XV–XVII веках.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с прозвищем Талей от глагола «таять» или «талить» (плавить, топить). В северных говорах «талей» могли называть человека, который плавит руду или работает с металлом. Однако эта гипотеза уступает тюркской по распространённости: фамилия Талеев встречается в основном в регионах с сильным татарским влиянием — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Там же, в метрических книгах XIX века, фиксируются и однокоренные фамилии: Талеевский, Талеевых.

Географически Талеевы — фамилия нечастая, но устойчивая. В дореволюционных списках она встречается среди крестьян и мещан, реже — среди купцов. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что говорит о её «народном» происхождении: предки Талеевых, скорее всего, были служилыми татарами, перешедшими в православие, или же крестьянами, получившими фамилию по имени отца.