Фамилия Балтаевы, скорее всего, восходит к названию населённого пункта Балтай. Такой способ образования фамилий — один из самых распространённых: прозвище или именование по месту жительства закреплялось за человеком, который переселился в другую местность. В данном случае основатель рода мог быть уроженцем села Балтай, которое сегодня является районным центром в Саратовской области. Край этот исторически многонациональный: здесь издавна живут русские, мордва и татары, что могло повлиять и на звучание самого топонима.

Название «Балтай» не имеет однозначной славянской этимологии. Скорее всего, оно тюркского происхождения: «балта» по-татарски и по-башкирски означает «топор». В таком случае Балтай — это «топорный», то есть либо человек, связанный с этим орудием, либо место, где рубили лес или делали топоры. Версия о происхождении фамилии от русского глагола «болтать» (с акающим произношением) выглядит менее убедительной: она не объясняет, почему именно такая форма закрепилась как топоним, и не учитывает реальную языковую среду Поволжья.

Фамилия оформлена стандартным русским патронимическим суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на согласный (Балтай → Балтаев). То есть это типичная «географическая» фамилия, а не прозвищная. В отличие от фамилий на -ский, которые в России чаще встречались у дворянства и духовенства, фамилии на -ов/-ев были всесословными — их могли носить и крестьяне, и мещане, и служилые люди.

О точном времени возникновения фамилии Балтаев судить сложно: массовое закрепление фамилий у крестьянства центральной России и Поволжья происходило в XIX веке, особенно после отмены крепостного права. Однако отдельные носители могли появиться и раньше, если речь идёт о переселенцах или служилых людях, чьи имена фиксировались в документах.