Фамилия Водолеевы (встречается и вариант Водолеевы, где ударение падает на второй слог) происходит от прозвища Водолей. В основе лежит слово «водолей» — так в старину называли не только знак зодиака, но и вполне бытовой предмет: сосуд для воды в форме птицы, зверя или всадника. Такие фигурные рукомои из глины или металла были в ходу в средневековой Европе и на Руси.

Прозвище Водолей могло закрепиться за человеком по-разному. Первая версия — профессиональная: предок Водолеевых либо делал такие сосуды, либо торговал ими. Вторая — по характеру: водолеем в народе называли болтливого, многословного человека, который «льёт воду» в разговоре. Оба значения были в ходу, и какое именно легло в основу фамилии конкретной семьи, без родословной не определить.

По модели образования фамилия типична для центральной России: к основе Водолей добавили патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Водолеев — буквально «сын Водолея». Притяжательная форма на -ев закрепилась в русских фамилиях к XVII–XVIII векам, когда крестьян и посадских людей начали массово записывать с фамилиями.

В отличие от более частых «водных» фамилий (Водянов, Водопьянов), Водолеевы встречаются реже. В документах XVIII–XIX веков носители фамилии фиксировались в основном в Поволжье и на юге России, что косвенно подтверждает связь прозвища с местным говором: в рязанских и тамбовских говорах «водолей» означало именно рукомойник.

Фамилия не имеет отношения к астрологии — знак Зодиака Водолей стал общеупотребительным названием значительно позже, в XIX–XX веках, когда книжная культура вытеснила народные названия созвездий. Так что предки Водолеевых не были астрологами, а скорее гончарами, торговцами или просто любителями поговорить.