Фамилия Лукьяева — женская форма от Лукьяев, а тот в свою очередь образован от имени Лукьян. Это народная, разговорная версия канонического имени Лукьян, которое восходит к латинскому Lucianus («светлый», «сияющий»). В православных святцах имя закрепилось как Лукиан, но в быту прижился более простой вариант Лукьян, с ударением на второй слог.

Модель образования здесь не самая частая. Большинство русских фамилий на -ов/-ев делались от полных форм имени: Лукьянов, Лукьянчиков. А вот Лукьяев — случай, когда за основу взяли не имя целиком, а его краткую, обиходную форму Лукьяй. По тому же принципу сложились фамилии Исаев (от Исай вместо Исаия) или Матвеев (от Матвей вместо Матфий). Суффикс -ев указывает на принадлежность: «сын Лукьяя», то есть сын человека, которого в быту звали Лукьяй.

Географически фамилия тяготеет к центральным и южным областям России. В переписях XVII–XVIII веков она встречается среди крестьян и однодворцев Тульской, Рязанской, Тамбовской губерний. Однодворцы — особая группа, занимавшая промежуточное положение между крестьянами и мелкими помещиками; у них фамилии на -ев нередки. В более северных регионах, где преобладали фамилии на -ов, Лукьяев почти не фиксируется.

Интересно, что фамилия могла возникнуть и без участия имени Лукьян. В некоторых говорах «лукьяй» — прозвище для человека с большими или навыкате глазами (от диалектного «лукья» — глаз, зенки). Образовано от той же основы, что и «лукать» (смотреть, пялиться). Если так, то фамилия не патронимическая, а прозвищная, и предок получил её за характерную внешность. Однако это более редкая версия: массовое образование фамилий шло всё же через крестильные имена, а не через диалектные прозвища.

В написании путаница почти неизбежна: Лукьяев и Лукьянов — разные фамилии, хотя корень один. Лукьянов встречается в разы чаще, поэтому носители Лукьяева часто сталкиваются с тем, что их записывают через «н». В дореволюционных метриках встречается и вариант Лукиаев — с двумя «и» и без мягкого знака, что ближе к церковнославянскому написанию, но в современном русском языке закрепилась форма с «ья».