Può derivare dal nome medioevale Diotallevio, nome dato sia a trovatelli che a neonati particolarmente indigenti o malaticci.
Tracce dell'uso di questo nome si hanno ad esempio a Spoleto nel 1400 con un pittore non particolarmente famoso di nome Diotallevio D'Antonio. Nel 1500 si trovano i Diotallevi con il rango di marchesi nel riminese e verso la fine del 1500 il marchese Diotalevo Diotalevi diviene signore di alcuni territori in Istria.
Il cognome Diotallevi è tipico delle Marche settentrionali, presenta un ceppo anche in Umbria e nel Lazio.
Il cognome Diotallevi è 384° nella regione Marche Il cognome Diotallevi è 105° nella provincia di Pesaro e Urbino Il cognome Diotallevi è 9° nel comune di Licenza (RM)
Stemma
Diotallevi(EMI) (Rimini) di rosso al putto di carnagione, la destra alzata, la sinistra appoggiata all'anca; col capo d'azzurro all'aquila di nero dal volo spiegato fra 3 stelle di sei raggi d'oro