Фамилия Воробьеф происходит от имени или прозвища Воробей. В основе лежит нарицательное «воробей» — название птицы. На Руси существовал древний обычай: давая ребёнку имя птицы, зверя или растения, родители как бы поручали его природе. Считалось, что природа примет такого ребёнка за своего и передаст ему полезные качества живого существа — в случае с воробьём это могли быть проворство, бойкость и жизнестойкость. Так имя Воробей, а затем и фамилия Воробьев (а в написании Воробьеф мы видим просто особенность передачи звука «в» на конце) закреплялись за человеком или его родом.

Обратим внимание на суффикс: окончание -еф (вместо привычного -ев) — редкая, но не уникальная черта. В русской традиции фамилии с основой на мягкий согласный или «й» чаще получали суффикс -ев: Воробей → Воробьев. Форма Воробьеф могла возникнуть под влиянием южнорусских говоров, где оглушение конечного «в» в «ф» фиксировалось на письме, или из-за ошибок при записи в документах. Такое написание встречается реже и может указывать на конкретный регион бытования фамилии, например, на территории бывшей Белгородской или Курской губерний, где подобные фонетические особенности были распространены.

С точки зрения словообразовательной модели, это типичная «патронимическая» фамилия, то есть образованная от личного имени или прозвища отца. Если отца звали Воробей, его дети становились Воробьевыми (или Воробьефыми). Ономасты, в частности Б. Унбегаун в своём труде «Русские фамилии», относят такие фамилии к группе «птичьих», которые в русском языке очень многочисленны: Соколов, Соловьёв, Голубев, Кукушкин. Воробьев — одна из самых распространённых среди них.

Социальный состав носителей фамилии был разнородным. Изначально прозвище Воробей могли дать крестьянину или ремесленнику за сходство с птицей — маленький рост, юркость, неугомонность. Однако фамилия не была закреплена за каким-то одним сословием: среди Воробьевых встречались и купцы, и духовенство, и дворяне. В написании Воробьеф она чаще встречается в старых метрических книгах и переписях XIX века, где грамотность писарей оставляла желать лучшего, а произношение сильно влияло на запись.