Фамилия Тодосьева — женская форма, а её мужской вариант — Тодосьев, и корни её уходят в крестильное имя Феодосий. В основе лежит народная, упрощённая форма этого греческого имени, которое в переводе означает «данный Богом». В русском языке полное имя Феодосий часто сокращали до Тодос, Тодосий или Тодосей — точно так же, как Фёдор превращался в Ходор, а Феофан — в Тохван. Суффикс -ев указывает на типичную модель образования русских фамилий от имён, оканчивающихся на -ий или -ей: сын Тодосия становился Тодосьевым.

Интересная особенность этой фамилии — её относительная редкость и «неканоническое» звучание. Дело в том, что полная церковная форма Феодосий в быту часто вытеснялась более простыми вариантами, и фамилия Тодосьев фиксирует именно устную, разговорную традицию. Если бы предка звали строго по святцам, фамилия звучала бы как Феодосьев. Соответственно, носители фамилии Тодосьев — потомки людей, в чьём окружении имя произносили «по-простому», без книжного «фе».

С географической точки зрения фамилия тяготеет к южнорусским и украинским говорам, где «фе» на месте начального «фе» переходило в «т» (сравните: Фёкла — Тёкла, Филипп — Тилип). Встречается она и в белорусских землях. Социальный состав предков мог быть самым разным — от крестьян до духовенства, но в любом случае фамилия закрепилась в среде, где имя произносили «на слух», без оглядки на церковнославянское правописание.

Есть и редкая версия, связывающая Тодосьева не с Феодосием, а с личным именем Досифей (тоже греческого происхождения, «данный Богом»), где начальное «то» — результат перестановки звуков. Однако эта гипотеза менее убедительна: форма Тодос гораздо чаще выступает именно как сокращение от Феодосий, что подтверждается и народными говорами, и данными ономастики.