Фамилия Варфолоиеева — редкая, её корень уходит в календарное имя Варфоломей. Это имя одного из двенадцати апостолов, которое в переводе с арамейского означает «сын вспаханной земли» или «сын борозды». В русском обиходе имя прижилось в формах Варфоломей, Фоломей, а в народной речи нередко звучало как Варфоломейка или просто Фома. Фамилия Варфолоиеева образована от разговорной формы этого имени — Варфолоий — с помощью патронимического суффикса -еев. Суффикс -еев, а не -ев, указывает на то, что основа оканчивалась на -ий: Варфолоий → сын Варфолоия → Варфолоиеев. Такая модель типична для фамилий, возникших от церковных имён в их упрощённом, бытовом варианте.

Окончание -а выдаёт женскую форму фамилии. В русской традиции женские фамилии на -ова/-ева и -ина образовывались от мужских путём прибавления окончания -а. Так что носительница фамилии Варфолоиеева — «дочь» или «жена» Варфолоия. Мужской вариант, соответственно, Варфолоиеев.

Среди однокоренных фамилий — Варфоломеев, Варфоломеевский, Фоломеев, Фомин. Варфолоиеева стоит особняком: она сохранила редкую промежуточную форму имени, которая в письменных источниках почти не встречается. Вероятно, фамилия закрепилась в какой-то одной местности и не получила широкого распространения. Географически её можно предположить в старообрядческих или северных регионах, где дольше держались архаичные формы имён.

Что касается социального происхождения: носитель фамилии Варфолоиеев почти наверняка был крестьянином или посадским человеком. Дворянские роды с таким окончанием (-еев) встречаются, но в сочетании с редкой основой это маловероятно. Фамилия не попала в гербовники, не упоминается в известных списках служилого сословия. Её носители — люди, чьи предки получили фамилию по имени отца, которое уже тогда звучало старомодно.