Фамилия Тарсеева образована от мужского имени или прозвища Тарсей. В русской традиции фамилии на -ев/-ов обычно возникали от канонических или народных форм крестильных имён, реже — от прозвищ по занятию или внешности. Основа «Тарс-» может восходить к греческому имени Тарсий, которое связано с названием города Тарс в Киликии (современная Турция) — родины апостола Павла. В святцах встречается имя Тарсий, но оно было редким, поэтому фамилия Тарсеева тоже нечастотна.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев присоединён к основе Тарсей (где «ей» — окончание старой русской формы имени). Фамилия указывает на принадлежность: «чей?» — Тарсеев, то есть сын или потомок человека по имени Тарсей. В разговорной речи имя могло звучать как Тарсей, Тарся или Тарса, а в документах закрепилось через церковную форму.

Географически фамилия Тарсеева встречается в центральных областях России, особенно в Поволжье и на Урале, что типично для фамилий, вышедших из среды крестьян и мещан. В переписных книгах XVII–XVIII веков следов много не найти — имя Тарсий было редким, и фамилия могла возникнуть в одной местности от одного родоначальника. Например, в некоторых списках однодворцев встречается вариант Тарсеев, а женская форма Тарсеева закрепилась как стандартная.

Версия о происхождении от тюркского корня «тарс» (противоположный, упрямый) маловероятна — для русских фамилий на -ев такая основа нехарактерна, а тюркские заимствования обычно давали фамилии на -ов с другой фонетикой. Правдоподобнее всего — греческое имя через церковный календарь, пусть и нешироко распространённое.