Фамилия Витлевы (в мужском варианте — Витлев) образована от личного прозвища Витель. В основе этого прозвища лежит диалектное вологодское слово «витлявый», которое означает «приветливый, обходительный, общительный, ласковый». Скорее всего, именно эти черты характера и выделяли основателя рода среди окружающих, за что он и получил своё прозвище.

Фамилия построена по самой распространённой модели русских фамилий: с помощью суффикса -ев, который присоединялся к основе, оканчивающейся на мягкий согласный. Суффикс указывал на принадлежность: «Витлев» буквально означало «сын или потомок Вителя». Такая форма типична для фамилий, возникших в центральной и северной частях России, что хорошо согласуется с вологодским происхождением слова-основы.

Интересно, что в русских говорах слово «витлявый» может иметь и другой, более редкий оттенок — «извилистый, вьющийся», что могло относиться к внешности (например, к кудрявым волосам) или к манере поведения (уклончивый, хитроватый). Однако для фамилии Витлев основная версия — положительная характеристика человека, поскольку прозвища, данные по доброму нраву, часто закреплялись за родом надолго.

Точное место и время возникновения фамилии Витлев сейчас установить сложно: процесс формирования русских фамилий шёл несколько столетий, с XV по XVII век, и в разных регионах — с разной скоростью. Но диалектная основа с чёткой региональной привязкой (Вологодчина) позволяет предполагать, что корни рода — на Русском Севере. Фамилия не относится к числу дворянских или широко известных, что типично для крестьянских и посадских фамилий, которые редко попадали в официальные родословные книги, но сохранялись в устной традиции и местных архивах.