Фамилия Затхеев — редкий пример того, как церковное имя, пройдя через народную речь, закрепилось в виде отчества. В её основе лежит имя Затхей, украинская форма канонического имени Закхей. В русских святцах такого варианта нет, а в украинской традиции «аканье» и смягчение звуков превратили Закхея в Затхея. Само имя восходит к древнееврейскому «заккай» — «праведный, чистый». В Библии Закхей — мытарь из Иерихона, который, раскаявшись, раздал имущество и стал одним из первых христианских святых. Память о нём Церковь отмечает несколько раз в году: 15 января (мученик Закхей), 3 мая (апостол Закхей) и 1 декабря (мученик Закхей, диакон Гадаринский).

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий: Затхеев буквально значит «сын Затхея». Такая форма типична для территорий, где украинские имена соседствовали с русским делопроизводством — например, на юге России или в среде переселенцев. Встречается и менее правдоподобная версия: что имя Затхей имеет тюркские корни и связано со словом «затх» — «аромат, благовоние». Однако эта гипотеза слабая: в тюркских именниках такого имени нет, а украинское происхождение объясняет и звучание, и географию бытования фамилии гораздо убедительнее.

Фамилия Затхеев нечастотна, поэтому её носители почти наверняка происходят из одной локальной ветви. Предки могли быть крестьянами или мещанами, получившими фамилию по имени отца при переписях XIX века. Других однокоренных фамилий (вроде Затхейкин или Затхеенко) в русском ономастиконе практически нет, что делает Затхеева уникальным по модели образования случаем.