Фамилия Вареньева образована от мужского имени или прозвища Варень. В основе лежит слово «варя» — так в некоторых русских говорах называли варку, варение, а также время, необходимое для варки пива или браги. Человек мог получить прозвище Варень за любовь к варке пива, за профессию пивовара или просто за неторопливость — «варить» в переносном смысле значило «медлить, возиться».

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Вареньев сын, то есть потомок Вареня. Модель образования типична для русских фамилий, но основа встречается нечасто. Фамилия Вареньев и её женская форма Вареньева — редкие, сосредоточены преимущественно в центральных и южных регионах России, особенно в бывших Рязанской и Тамбовской губерниях, где говор сохранил слово «варя» в бытовом значении.

Стоит отличать от фамилий, образованных от слова «варенье» — сладкого десерта. Вареньева не происходит напрямую от варенья как продукта, хотя в народной этимологии, вероятно, возникала такая ассоциация. Ономастические словари (например, работы Б. Унбегауна) относят подобные фамилии к группе прозвищ по роду деятельности или характерной черте, а не по названию угощения.

Поскольку фамилия редкая, её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких родов, разошедшихся по разным губерниям. В дореволюционных документах Вареньевы встречаются среди крестьян и мещан, реже — среди духовенства. Точных сведений о дворянских ветвях нет.