Фамилия Тимофееф — редкий орфографический вариант фамилии Тимофеев, возникший в результате дореволюционной или диалектной замены конечного -в на -ф. В церковнославянской и старой русской письменности буква «ф» иногда писалась там, где в говорах слышался глухой звук на конце слова: Тимофеев при оглушении произносился как «Тимофееф», и это написание могло закрепиться в документах, особенно в мещанской и крестьянской среде XIX века.

Основа фамилии — каноническое крестильное имя Тимофей (от греческого «почитающий Бога»). По самой распространённой модели русских фамилий, суффикс -ев присоединялся к именам, оканчивающимся на -ей: Тимофей → Тимофеев — «сын Тимофея». Вариант Тимофееф — графический дублет, не меняющий этимологии, но указывающий на конкретную эпоху или региональную манеру письма.

Такое написание встречается в метрических книгах и ревизских сказках, особенно в южнорусских и некоторых сибирских говорах, где оглушение конечных звонких согласных было нормой. Позднее, при советской паспортизации, часть носителей могла сохранить именно эту форму, если она уже значилась в документах.

Фамилия Тимофееф не имеет отношения к иноязычным корням — это чисто русская патронимическая фамилия, у которой «неправильное» с точки зрения современной орфографии окончание стало родовым знаком. Носители такой фамилии — скорее всего, потомки крестьян или мещан, чьи предки получили фамилию от отца по имени Тимофей, а написание зафиксировал местный писарь на слух.