Фамилия Вальтеев — пример относительно редкого в России образования на стыке заимствованного имени и русского патронимического суффикса. Её основа, Вальтей, — это просторечная или диалектная форма от крестильного имени Вальтер. В русской традиции имена германского происхождения (Вальтер, Роберт, Эдуард) иногда адаптировались через добавление типичного для народной речи окончания -ей: Вальтер превращался в Вальтей точно так же, как, скажем, немецкое имя Куно — в Куней или французское Жан — в Жаней. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Вальтеев буквально означает «сын Вальтея», то есть потомок человека, которого звали Вальтей.

Сложность в том, что имя Вальтер не было широко распространено в крестьянской среде центральной России. Оно могло попасть в русский именослов двумя путями. Первый — через обрусевших немцев или выходцев из Прибалтики, где это имя было обычным. Второй — через среду петербургских или московских мастеровых, где в XVIII–XIX веках работало много иностранных специалистов, и их имена иногда давали детям в память о крестном или хозяине. Поэтому предки Вальтеевых могли быть не крестьянами, а, например, ремесленниками, мещанами или мелкими чиновниками, жившими в городах.

Географически фамилия встречается разрозненно, без ярко выраженного гнезда. Её можно найти в Поволжье и на Урале, куда в разное время ссылали или переселяли иностранцев, а также в северных областях, где сохранились следы новгородской колонизации с её пестрым антропонимиконом. Показательно, что фамилия не имеет «дворянского» суффикса -ский, что указывает на её непривилегированное происхождение — скорее всего, это фамилия поздняя, оформившаяся уже после отмены крепостного права.

В написании возможна путаница с фамилией Вальтеевский, но последняя явно образована от географического названия (например, хутора или имения Вальтеево), в то время как Вальтеев — прямое отчество. Если обратиться к словарю Б. Унбегауна, то он относит подобные модели к разряду «фамилий от иностранных имен», подчеркивая, что суффиксация -ев/-ов в данном случае — чисто русский способ адаптации чужого корня.