Фамилия Виталёвы образована от имени собственного и относится к распространённому типу русских фамилий. В основе лежит имя Виталя — народная, разговорная форма крестильного имени Виталий. В переводе с греческого Виталий означает «жизненный», «живущий» (от латинского vitalis). Суффикс -ёв указывает на принадлежность: Виталёв — буквально «сын Витали» или «потомок Витали».

Есть и вторая версия, хотя она менее вероятна. Согласно ей, в основе фамилии лежит не церковное имя, а прозвище Виталя, связанное со словом «витый» — «вьющийся». Так могли прозвать человека за кудрявые волосы. Реже высказывается предположение, что Виталей называли красноречивого человека с изысканной, «витиеватой» речью. Однако первая версия — от имени Виталий — выглядит убедительнее: фамилии от канонических имён составляют основу русского фамильного фонда, а прозвищная этимология здесь вторична и не подкреплена устойчивой традицией.

Фамилия Виталёв — замечательный памятник славянской письменности и культуры. Она фиксирует живую народную форму имени, которая в повседневном общении вытесняла полное церковное. О точном месте и времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс формирования русских фамилий был длительным и растянулся на несколько столетий. Однако по модели образования (основа на -а + суффикс -ёв) Виталёвы — типичная фамилия центральных и северных регионов России, где такие формы особенно распространены. Интересно, что фамилия не получила широкого распространения и осталась сравнительно редкой, что отличает её от массовых Витальевых (с суффиксом -ев). Вариант с -ёв вместо -ев — не ошибка, а следствие фонетических процессов: под ударением после мягкого согласного пишется «ё», хотя произносится это окончание одинаково.