Фамилия Ильтяева — редкий случай в русской ономастике, где женская форма закрепилась в качестве основной для обозначения рода. Обычно в справочниках фамилию дают по мужскому варианту (Ильтяев), но здесь мы имеем дело с формой, которая могла фиксироваться в документах как исходная, если носительницы составляли большинство в конкретной местности или фамилия передавалась по женской линии. Впрочем, этимологически разбирать её логичнее через мужскую основу — Ильтяй.

Корень фамилии — личное имя Илья в его народной, разговорной форме. В русских говорах имя Илья нередко видоизменялось: появлялись варианты Ильтяй, Ильтюк, Ильтус. Суффикс -яй (как в Витяй от Витя, Костяй от Константин) — характерный для северных и сибирских говоров способ образования обиходных имён. Таким образом, Ильтяй — это просторечная ласкательная форма от Илья, что-то вроде «Илюша» или «Илька», но с местным колоритом.

Фамильный суффикс -ев указывает на принадлежность: Ильтяев — сын Ильтяя. Модель образования типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда отчество на -ев закреплялось за потомками и становилось родовым именем. Сложность в том, что фамилия очень редкая. В дореволюционных списках она почти не встречается, а современная география показывает единичные очаги — в основном в Курской и Липецкой областях, что может указывать на локальное происхождение в среде однодворцев или государственных крестьян.

Интересная деталь: форма Ильтяева могла возникнуть не только от мужского прозвища, но и от женского имени Ильтяя (например, так звали вдову, чьё имя попало в перепись). Но это менее вероятно — в русской традиции фамилии от женских имён давали только внебрачным детям или в исключительных случаях. Правдоподобнее, что перед нами просто застывшая в документах женская запись, которая со временем стала восприниматься как основная.

Спорных версий две: первая — связь с тюркским корнем «илте» (вести, возглавлять), вторая — происхождение от прозвища Ильтяй, данного хромому или косолапому человеку (от диалектного «ильтя» — кривой, неловкий). Но ни одна из них не подкреплена надёжными источниками. Без данных о ранних носителях и точной локализации наиболее убедительным остаётся объяснение через имя Илья.