Фамилия Вахрамеев образована от производной формы канонического имени Варфоломей. В переводе с греческого оно означает «сын вспаханной земли» или «сын полей». В русской народной среде длинное и торжественное церковное имя Варфоломей подверглось сильному сокращению и переделке на свой лад — так появились формы Вахрамей, Вахромей, Вахруш. Именно Вахрамей и лёг в основу фамилии.

Словообразовательная модель здесь проста и прозрачна: к основе Вахраме- добавился типичный русский патронимический суффикс -ев. Фамилия означает «сын Вахрамея», то есть потомок человека, которого в быту звали Вахрамей вместо полного церковного Варфоломей. Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа имени заканчивается на мягкий согласный (Вахрамей → Вахраме-).

Такие фамилии — характерная примета русского Севера, Поволжья и некоторых областей Сибири, куда переселялись выходцы из этих земель. Именно в северных говорах имя Варфоломей чаще всего редуцировалось до формы Вахрамей. В центральных и южных регионах России более распространены варианты Варфоломеев или Фомин (от другой краткой формы того же имени).

Интересно, что написание фамилии через «а» в первом слоге (Вахрамеев) закрепилось под влиянием акающих говоров — там, где безударное «о» произносили как «а». В документах XIX века можно встретить и вариант Вохромеев, который точнее отражает этимологию исходного имени, но в современном русском языке нормативным стало написание Вахрамеев.