Фамилия Устрафеев — один из тех редких случаев, когда написание сильно расходится с произношением, а происхождение уходит в церковную среду. В основе лежит каноническое имя Евстратий (от греческого «добрый воин»). В народной русской речи имя это упростили до Устрат — отбросили начальное «Ев-» и заменили «Е» на «У», что типично для диалектного произношения (ср. Устинья из Иустиния). От формы Устрат образовали фамилию Устратов, но здесь вмешалась ещё одна особенность: аканье. В говорах, где «о» без ударения произносили как «а», фамилию Устратов на письме могли закрепить как Устратаев, а затем — с типичным для XIX века упрощением — как Устрафеев.

Ключевая деталь — переход «т» в «ф» перед суффиксом. В русской ономастике это редкий, но не уникальный процесс: сочетание «-та-» в разговорной речи могло давать «-тфа-», а на письме — «-фе-». Сравните: фамилия Устратов встречается чаще, а Устрафеев — её фонетический вариант, зафиксированный в документах. Носители фамилии, вероятно, происходят из регионов с сильным аканьем — из южнорусских или среднерусских областей, где имена типа Устрат бытовали среди крестьян и мещан.

С точки зрения социальной истории, фамилия Устрафеев — не дворянская, а народная. Священнический корень (имя Евстратий было популярно у духовенства) не означает, что предок был священником: имя могло достаться крестьянскому сыну в память о святом. Фамилия редкая, и её необычное написание — не ошибка, а живой след того, как в XIX веке писарь записывал услышанное, не сверяясь с церковными книгами.