Фамилия Дитятьев — одна из тех русских фамилий, чья основа лежит в древнем прозвище, а не в крестильном имени. Исходное прозвище — Дитятя. Такие прозвища были распространены в среде, где имя человеку давали не по святцам, а по его заметной черте или жизненной ситуации.

Самый прямой смысл прозвища — «ребёнок», «чадо». Но вряд ли прозвище давали просто младенцу. Скорее всего, оно закрепилось за взрослым мужчиной по двум причинам. Первая — отец большого семейства. В старину главу многодетной семьи могли в шутку или с уважением назвать «дитятя», то есть человек, при котором много детей. Вторая версия — внешность или стать: так могли прозвать человека, который, будучи взрослым, выглядел или был сложен как ребёнок, либо наоборот — был физически развит не по годам (рослый, широкоплечий, сильный, как «большой ребёнок»). Оба варианта правдоподобны и бытовали в разных говорах.

Фамилия образована по стандартной для русского Севера и центральной России модели: к основе на мягкий согласный («Дитят-») добавился суффикс принадлежности «-ев». Форма Дитятьев — это «чей?» — сын Дитяти, потомок Дитяти. Интересно, что в некоторых говорах слово «дитя» могло звучать как «дитё», и тогда фамилия могла бы принять форму Дитёв, но закрепился именно вариант с «-я».

Точных сведений о географической привязке фамилии в открытых источниках мало. Однако, учитывая характер основы (неканоническое прозвище, а не церковное имя), фамилия могла возникнуть в среде крестьян и посадских людей, где такие «домашние» прозвища были обычным делом. Дворянских родов с этой фамилией в истории не зафиксировано — она осталась в народной среде.

Среди однокоренных фамилий — Детин, Детков, Детищев. Все они восходят к тому же корню «дет-/дит-», но с разными суффиксами. Фамилия Дитятьев — одна из самых выразительных в этом ряду, потому что в ней сохранилась уменьшительно-ласкательная форма прозвища, что редкость для фамилий на «-ев».