Фамилия Тарханеева — женская форма, но разговор обычно ведут о её основе, мужском варианте Тарханеев. В русском языке фамилии на -еев характерны для отчеств от основ, оканчивающихся на -ей или -ий. Здесь основа — Тарханей, но почти наверняка это вариант написания более известного слова «тархан».

Слово «тархан» в русских говорах и в тюркских языках, откуда оно пришло, означало человека привилегированного сословия, освобождённого от податей, иногда — мелкого землевладельца или купца. В Поволжье и Сибири тарханами называли потомков служилых людей, получивших за службу землю и льготы. Но фамилия могла возникнуть и из прозвища: так могли назвать удачливого торговца, человека, который «ходит тарханом» — то есть вольготно, независимо.

Суффикс -еев указывает на принадлежность: «чей?» — Тарханеев, то есть сын Тарханея. Сама форма Тарханей — это, скорее всего, адаптированный на русской почве вариант тюркского имени или прозвища Тархан. В документах XVII–XVIII веков встречаются и Тархановы, и Тарханевы; фамилия Тарханеев — более редкий вариант, где корень получил дополнительное окончание -ей, как в фамилиях Алексеев, Андреев.

Географически фамилия тяготеет к регионам бывшего Казанского ханства и южным уездам России — там, где тарханы как социальная группа существовали исторически. Встречается она и в среде русских, и у крещёных татар, поэтому однозначно определить этническое происхождение предков по одной фамилии сложно.

Интересная деталь: написание через два «е» — Тарханеева — встречается реже, чем Тарханева, и может указывать на более позднюю канцелярскую фиксацию, когда писарь «растянул» звучание фамилии. Если в семье хранят предание о «вольных людях» или торговых предках, версия о происхождении от тарханского сословия — самая правдоподобная.