Фамилия Лукояянов — редкий и сложный для этимологии случай. На первый взгляд она напоминает фамилии, образованные от имени Лука (Лукоя), но двойное «я» в середине заставляет искать другое объяснение. Скорее всего, перед нами нестандартная запись фамилии, ведущей происхождение от имени Лукоян — народной формы канонического имени Лукьян (от лат. Lucianus, «светлый»). В русских говорах имя Лукьян нередко звучало как Лукоян, а суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Лукоянов. Двойное «я» (Лукояянов) могло возникнуть из-за описки в документах или как гиперкорректное написание, когда человек или писарь решил подчеркнуть произношение (Лукоя́нов через растянутый звук «я»).

Альтернативная версия связывает фамилию с прозвищем Лукоя, но его значение неочевидно. В диалектах слово «лукоя» не зафиксировано, а попытки вывести его из «лук» (оружие или растение) или «лукавый» натянуты — для этого нет ни фонетических, ни исторических оснований. Поэтому версия с именем Лукьян/Лукоян остаётся основной.

География фамилии узкая. По данным современных телефонных справочников и баз переписи, Лукояяновы встречаются в основном в Поволжье (особенно в Нижегородской области) и на Урале. Это согласуется с зоной бытования имени Лукьян в его народной форме Лукоян — такие варианты были характерны для крестьянской среды XIX века. Фамилия не относится к дворянским или купеческим: её носители — потомки крестьян или мещан, получивших фамилию по имени отца.

В написании Лукояянов есть ещё одна особенность: оно нарушает типичную для русских фамилий модель. Обычно суффикс -ов присоединяется к основе без удвоения (Иван — Иванов, Лукьян — Лукьянов). Двойное «я» — это либо ошибка переписчика, которую закрепили в паспорте, либо сознательное искажение, чтобы отличиться от более частой фамилии Лукоянов. В любом случае, для поиска предков стоит учитывать оба варианта написания.