Фамилия Виталёв — один из тех случаев, когда за, казалось бы, простой формой кроется сразу несколько возможных историй. Самая очевидная версия — происхождение от имени Виталя. Это не официальное полное имя, а народная, обиходная форма канонического мужского имени Виталий (от латинского vitalis — «жизненный, полный жизни»). В русской традиции такие усечённые имена (Гриша, Саша, Петя) давали в быту, а в документах, при переписях, могли записать уже отчество, закрепившееся как фамилия: «чей сын?» — «Виталёв», то есть потомок Витали.

Но есть и менее очевидный путь. Суффикс -ев указывает на принадлежность, но основа могла быть не только именем, но и прозвищем. Вторая версия отталкивается от слова «витый» — «вьющийся, завитой». Прозвище Виталя могли дать человеку с кудрявыми волосами. Однако в русских говорах у этого слова есть и переносное значение: «витиеватый», то есть излишне замысловатый, цветистый в речи. Так могли прозвать красноречивого говорунья, любителя приукрасить рассказ или того, кто выражался неестественно манерно.

Важно, что обе версии — и от имени, и от прозвища — не противоречат друг другу. В разных семьях фамилия могла возникнуть независимо: где-то как отчество от Виталия, где-то как прозвище по внешности или характеру. С точки зрения ономастики, версия с крестильным именем выглядит надёжнее: фамилии, образованные от сокращённых форм Виталий (Виталя, Виталик), встречаются в русской антропонимии чаще, чем прозвищные образования от «витый». К тому же слово «витый» в значении «кудрявый» в чистом виде редко становилось основой для фамилии — обычно от него образовывали формы вроде Витков или Витнев.

Фамилия Виталёв — относительно редкая. Она не принадлежит к числу массовых, как Иванов или Кузнецов, и не имеет ярко выраженной географической привязки: носители встречаются разрозненно, чаще в центральных и северных областях России. Это говорит о том, что фамилия возникла поздно, в среде крестьян или мещан, когда фамилии давали по именам или прозвищам без привязки к сословию. Дворянских родов с такой фамилией в истории не зафиксировано.