Фамилия Лукьянычев — одна из тех, где суффикс выдает происхождение с головой. Здесь работает модель «имя + -ычев»: она образует отчества-фамилии от имен, оканчивающихся на «-я». Лукьян — русская форма канонического имени Лукиан (от латинского Lucianus, «светлый, принадлежащий свету»). Но если бы фамилия строилась напрямую от Лукьян, мы бы получили Лукьянов. Суффикс -ычев указывает на более сложную цепочку: сначала появилось прозвище или уменьшительное имя Лукьяныч (то есть «сын Лукьяна»), а уже от него — фамилия Лукьянычев. Буквально: «чей? — Лукьянычев», то есть потомок человека, которого звали Лукьяныч.

Такая модель с суффиксом -ычев (а не -ов или -ин) в русских фамилиях встречается реже. Обычно она характерна для северных и центральных регионов России, где были распространены отчества на -ич, -ыч. В отличие от фамилий на -ов, которые могли принадлежать и крестьянам, и дворянам, и духовенству, Лукьянычев почти наверняка указывает на крестьянское или мещанское происхождение: в среде высших сословий такие формы закрепились редко, они оставались в быту как полуотчества.

Имя Лукьян было очень популярно в XVI–XVII веках, особенно среди простого люда. В документах той поры встречаются, например, Лукьянко, Лукьянец, Лукьяныч — как именования по отцу. Фамилия могла возникнуть в нескольких местах независимо: если в деревне жило несколько Лукьянов, их детей начинали различать по отчеству — «Ивашка Лукьянычев», «Митька Лукьянычев». Потом это прозвище закрепилось за родом.

Стоит отметить, что в словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -ычев упоминается как одна из типичных для отчеств от кратких форм имени, но редко образующая самостоятельные фамилии. Лукьянычев — как раз такой случай. Однокоренные фамилии (Лукьянов, Лукьянчиков, Лукьянец) распространены шире, но именно форма с -ычев сохраняет оттенок прямой наследственной связи: «внук того самого Лукьяныча».