Фамилия Животрев — один из тех редких случаев, когда основа прозвища напрямую связана с врачеванием и жизненной силой. Её ядро — слово «животарь», которое в старых говорах означало целителя, знахаря, человека, возвращающего здоровье и бодрость. Корень «живот» здесь выступает в древнем значении «жизнь» (сравните: «живот положить» — жизнь отдать, «животарь» — тот, кто дарует жизнь или исцеляет). Таким образом, прозвище Животарь носило профессиональный характер: так могли назвать лекаря, костоправа или травника, чьё умение «оживлять» больного стало его главной приметой.

Фамилия образована по типичной восточнославянской модели: прозвище на -арь (Животарь) + притяжательный суффикс -ев, дающий значение «чей?» — «сын Животаря». Со временем безударное -ар- в основе могло редуцироваться до -ер-, что и дало современное звучание «Животрев». В некоторых говорах возможна и обратная метатеза, но словари русских фамилий (в частности, работы Б. Унбегауна) фиксируют именно эту модель для прозвищ, оканчивающихся на -арь.

Географически фамилия тяготеет к чернозёмным областям России. В Книге памяти Липецкой области упоминается Иван Андреевич Животрев, родившийся в 1892 году в селе Кривец Добровского района. Это единственное надёжное документальное свидетельство, которое позволяет локализовать фамилию в пределах бывшего Добровского уезда. Скорее всего, носители фамилии были крестьянами, а их предок-знахарь жил в той же местности — в сёлах вдоль реки Воронеж.

Редкость фамилии объясняется узостью исходного прозвища: «животарь» — слово нечастотное, почти диалектное, поэтому и фамилия не получила массового распространения. В отличие от фамилий типа Лекарев или Врачёв, Животрев сохранила архаичный корень, который сегодня без специального комментария уже не читается. По той же причине у фамилии нет однозначных «двойников»: однокоренные Животов и Животинский образованы от других основ (от слова «живот» в значении «брюхо» или от прозвища Живот), и семантически они с Животревым не пересекаются.