Фамилия Калия — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не прозвище, а напрямую слово из химии. Чаще всего её происхождение связывают с химическим элементом калий. В XIX веке, когда наука проникала в народный быт, прозвища вроде «Калий» или «Калия» могли дать аптекарю, работнику селитряного завода или человеку, связанному с производством поташа — карбоната калия, который широко использовали в мыловарении и стекольном деле. В таком случае фамилия указывала на профессию или ремесло предка.

Вторая, менее очевидная версия выводит фамилию из греческого языка. Слово «калия» (καλία) переводится как «хижина», «шалаш» или «гнездо». В этом смысле фамилия могла быть прозвищем отшельника, человека, жившего в уединённом месте, или строителя лёгких построек. Однако эта гипотеза слабее: у греческого слова нет широкого бытования в русских говорах, а фамилия Калия встречается в основном в славянских странах, а не в греческой среде.

По словообразовательной модели фамилия стоит особняком. Типичные русские фамилии оканчиваются на -ов, -ин, -ский. Форма на -ия — нетипична для исконно русской антропонимии. Она скорее характерна для южных и западных регионов, где ощущалось влияние польского или украинского языков, либо для фамилий, искусственно созданных в духовных семинариях. В семинарской среде будущим священникам могли давать «благозвучные» фамилии от латинских или греческих слов, и «Калия» могла стать такой — от латинского «calix» (чаша) или от названия элемента.

География фамилии размыта. Калия встречается у русских, украинцев и белорусов, но нигде не образует плотных гнёзд. Это говорит о том, что фамилия возникала в разных местах независимо — то как профессиональное прозвище химика или мыловара, то как случайная запись в документах. В любом случае, её носители — люди, чьи предки либо занимались ремёслами, связанными с щелочами и содой, либо получили фамилию в книжной, учёной среде.