Фамилия Голтяева звучит редко и неочевидно, но её происхождение укладывается в несколько понятных моделей. Самая вероятная версия — основанием послужило прозвище или нецерковное имя Голтяй. В русских говорах «голтяй» — это бедняк, голь перекатная, человек без имущества, «голыш». Слово образовано от «голь» (бедность) с экспрессивным суффиксом -тяй, который часто придавал прозвищу оттенок насмешки или бытовой характеристики (сравните: «скуптяй», «лентяй»). Прозвище Голтяй мог получить небогатый крестьянин или ремесленник, а его потомки стали Голтяевыми.

Менее распространённая, но возможная версия — связь с диалектным глаголом «голтить» или «голтать», который в некоторых областях означал «глотать», «жадно есть». В этом случае Голтяем могли прозвать человека с быстрой речью или торопливого едока. Однако эта гипотеза уступает первой, так как не подкреплена частотностью аналогичных фамилий на -тяев.

Фамилия образована по стандартной патронимической модели: суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»), то есть Голтяев — сын Голтяя. Отчества и фамилии на -ев характерны для северных и центральных регионов России, где твёрдая основа имени или прозвища давала суффикс -ов, а мягкая или шипящая — -ев. Поскольку основа «Голтяй» заканчивается на -й, здесь закономерно появляется -ев.

С точки зрения социального контекста, фамилия Голтяева не относится к дворянским или книжным — она из крестьянской или посадской среды. В старых переписных книгах такая фамилия могла закрепиться за семьёй, чей предок получил прозвище за бедность, и со временем это прозвище стало родовым именем, перестав быть обидным. Сейчас носители фамилии встречаются преимущественно в центральной России и Поволжье, что подтверждает её народные, а не аристократические корни.