Фамилия Калитвянская — яркий пример «географической» фамилии, указывающей на место, откуда был родом её первый носитель. В основе лежит название населённого пункта — Калитва, а суффикс «-янск-» в русской ономастике традиционно указывает на принадлежность к территории: «калитвянский» значит «относящийся к Калитве», «выходец из Калитвы».

Сразу две крупные территории претендуют на роль «прародины» фамилии. Первая — Калитвянский уезд Воронежской губернии, образованный в 1779 году. Его центром был город Калитва (ныне село Старая Калитва в Россошанском районе). Уезд был обширным: простирался на 117 вёрст с севера на юг и на 105 — с запада на восток. В него входили большие слободы, известные и сегодня: Новая Калитва, Талы, Константиновка (нынешняя Кантемировка), Марковка (сейчас райцентр в Луганской области), Ровеньки (центр района в Белгородской области) и Россошь, которую в описаниях того времени отмечали как «примечательнейшую по величине и достатку жителей».

Вторая версия отсылает к городу Калитва в Ростовской области (официально — Белая Калитва), расположенному при впадении реки Калитвы в Северский Донец. Местность эта заселена с глубокой древности: археологи находили здесь предметы срубной и катакомбной культур бронзового века (2000 лет до н. э.), а в одном из дворов 30 лет назад обнаружили древнее погребение. Ряд исследователей считает, что именно в междуречье Калитвы и Быстрой произошла битва русских с половцами 1185 года, воспетая в «Слове о полку Игореве». Первое казачье поселение здесь появилось в 1703 году по указу Петра I, а в 1937 году станица Усть-Белокалитвенская стала центром Белокалитвенского района Ростовской области.

Какую бы из двух Калитв ни считать исходной, механизм образования фамилии один: прозвище «Калитвяный» давали человеку, который переселился оттуда. Со временем, в результате адъективной модели, фамилия закрепилась в форме Калитвянская — с окончанием, характерным для женского рода или для обозначения целого рода (в значении «из дома Калитвянских»).