Фамилия Лытаева происходит от прозвища Лытай, которое в свою очередь связано с глаголом «лытать» — скитаться, бродить без дела или уклоняться от работы. В словаре В. И. Даля «лытай» — это «праздный гуляка, шатун». Так могли назвать человека, который не любил сидеть на месте, постоянно находился в движении или избегал хозяйственных забот. Вторая версия отсылает к тому же корню, но с другим оттенком: странник, человек без постоянного крова.

Есть и менее очевидная гипотеза, привязанная к вологодскому говору, где «лыта» означает «длинная нога». Если принять эту версию, прозвище Лытай давали быстроногому или высокому человеку с длинными ногами. Такая трактовка встречается реже, но имеет право на существование — она объясняет прозвище через внешний признак, а не через поведение.

Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: Лытаев — сын Лытая. Это типичная русская патронимическая модель, распространённая в северных и центральных губерниях. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская.

В документах фамилия фиксируется с XIX века. В Книге памяти Пензенской области есть запись о дьяконе Петре Степановиче Лытаеве, 1890 года рождения, уроженце села Шуты Наровчатского уезда. Эта запись — одно из немногих документальных свидетельств, показывающих, что носители фамилии встречались среди духовенства, хотя прозвище исходно было мирским, бытовым.

Фамилия Лытаева — нечастая, сосредоточена преимущественно в Поволжье и на северо-западе России. Однокоренные варианты — Лыткин, Лытаев, Лытов — имеют схожую основу, но различаются суффиксами и региональным бытованием.