Фамилия Витальева — женская форма от Витальев, а та, в свою очередь, образована от мужского крестильного имени Виталий. Имя это пришло на Русь из Византии вместе с православием, а корни у него латинские: Vitalis означает «жизненный, полный жизни», от слова vita — «жизнь». В святцах почитается несколько святых с этим именем, самый известный — мученик Виталий, пострадавший за веру в первые века христианства.

Модель образования фамилии простая и распространённая: к основе имени Виталий прибавили типичный русский патронимический суффикс -ев (вместо -ов, так как основа заканчивается на мягкий согласный). Получилось отчество «Витальев» — «сын Виталия», а от него уже и фамилия Витальев. Женский вариант Витальева появился как естественная грамматическая форма от мужской фамилии.

В отличие от некоторых фамилий, где есть спор о происхождении от прозвища или мирского имени, здесь всё прозрачно: основа — каноническое церковное имя. Однако в народной среде имя Виталий долгое время было редким, его давали чаще в образованных, городских семьях, особенно в духовенстве и мещанстве. Поэтому утверждение, что основатель рода мог быть выходцем из высшего сословия, не лишено оснований — в крестьянской среде до XIX века это имя почти не встречалось.

Интересная деталь: в некоторых говорах и старых документах фамилию могли записывать как Вита́льев (с ударением на первый слог) или даже через «и» — Виталиев, но норма закрепилась на «е» в суффиксе. Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Виталин, Виталицкий, Виталищев — то Витальев/Витальева оказывается самой прямой и бесхитростной по форме: просто «сын Виталия», без дополнительных суффиксов и усложнений.