Фамилия Грэйман — редкий случай в русском ономастиконе, где иноязычная основа почти не замаскирована славянскими суффиксами. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, оканчивающихся на -ов, -ин или -ский, Грэйман сохраняет немецкую или еврейскую модель образования на -ман (нем. Mann — «человек»). Первая часть, Грэй, скорее всего, восходит к английскому или немецкому корню, обозначающему серый цвет (англ. grey, нем. grau). Таким образом, в основе лежит прозвище или характеристика: «серый человек» — возможно, по цвету волос, одежды или по роду занятий (например, серый сукнодел).

В Российской империи фамилии на -ман часто встречались у обрусевших немцев, евреев-ашкеназов (особенно после реформ кантонистов) и выходцев из Прибалтики. Если предки носителя фамилии были немецкими колонистами, переселившимися в Поволжье или на юг России в XVIII–XIX веках, Грэйман могло быть записью немецкой фамилии Graumann (от grau — «серый»). В еврейской среде фамилия могла возникнуть как вариант написания идишского גרײַ (grai — «серый») с тем же значением — прозвище по внешности или профессии красильщика.

Встречается и версия, что Грэйман — это русифицированная форма английской фамилии Grey (Грей) с добавлением немецкого форманта -ман, что характерно для смешанных браков или адаптации в среде российских подданных. Однако это предположение менее вероятно: англичан в России было немного, и их фамилии чаще передавались без изменений (как Грей или Грейвз).

В русских документах фамилия фиксируется с конца XIX века, преимущественно в городах с развитой промышленностью и иностранными поселениями — Санкт-Петербурге, Одессе, Риге. Встречаются варианты написания: Грейман, Грайман, Грэйман (с буквой «э» вместо «е» — признак более поздней, послереволюционной записи). Сословная принадлежность предков могла быть разной: от ремесленников и купцов до врачей и инженеров, поскольку немецкие и еврейские фамилии на -ман часто носили люди образованных профессий.

Сегодня фамилия Грэйман остаётся малочисленной и географически разрозненной. Её носители живут в России, на Украине, в Израиле и Германии, что отражает миграционные волны XX века.