Фамилия Затхеева — женская форма от Затхеев. Её основа — мужское личное имя Затхей. Чаще всего это украинское произношение библейского имени Закхей. В переводе с еврейского оно означает «праведный». У имени есть несколько святых покровителей: мученик Закхей (память 15 января), апостол Закхей (3 мая) и мученик Закхей, диакон Гадаринский (1 декабря).

Менее вероятная версия связывает фамилию с тюркским корнем «затх» — «аромат». В этом случае имя Затхей могло быть прозвищем, данным по какому-то внешнему или личному качеству. Однако первая версия выглядит убедительнее: в русской и украинской ономастике фамилии от библейских имён встречаются намного чаще, чем от тюркских прозвищ с таким корнем.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе Затхей добавили суффикс -ев (притяжательный, указывающий на принадлежность: «чей?» — Затхеев). Со временем, когда фамилия закрепилась, её стали передавать по наследству независимо от того, носил ли предок имя Затхей. Встречается фамилия преимущественно на юге России и в украинских регионах, что косвенно подтверждает её происхождение от украинской формы имени.