Фамилия Калтаев образована от тюркского прозвища Калтай. В основе лежит слово «калта» или «калтай», которое в ряде тюркских языков означает «мешок, сумка, кошель». Прозвище могли дать бережливому, запасливому человеку, либо тому, кто шил или торговал такими изделиями. По другой версии, «калтай» — это вариант имени Калдыбай, где «калды» переводится как «остался»: так в тюркской традиции называли ребёнка, родившегося после смерти предыдущих детей, чтобы «обмануть» злых духов и сохранить ему жизнь.

Фамилия Калтаев — типичный пример русской фамилии тюркского происхождения. Она построена по стандартной русской модели с патронимическим суффиксом -ев, который присоединяется к основе, оканчивающейся на -ай. Такой же путь прошли фамилии Тургенев (от прозвища Турген — «быстрый»), Аксаков (от Аксак — «хромой»), Булгаков (от Булгак — «беспокойный»). Все они ведут начало от тюркского прозвища, которое затем закрепилось как родовое имя. Как и в случае с Калтаевыми, окончательно говорить о точном времени и месте происхождения каждой такой фамилии можно лишь на основании серьёзных генеалогических исследований, поскольку процесс их формирования был длительным и не всегда привязан к одной местности.

Географически фамилия Калтаев чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, а также среди казанских татар и башкир. Встречается она и у русских, особенно в Поволжье и Приуралье, что объясняется многовековыми контактами славянского и тюркского населения. Носители фамилии могли быть как крестьянами, так и служилыми людьми — например, татарскими мурзами, перешедшими на русскую службу и получившими поместья. В любом случае, фамилия Калтаев — самобытный памятник восточной культуры, сохранивший память о прозвище дальнего предка.