Фамилия Люстяев — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Её основа — Люстяй — не встречается в современном русском языке, и это заставляет искать корни в диалектах, личных именах или прозвищах, которые вышли из обихода. Суффикс -ев указывает на отчество: Люстяев — сын Люстяя.

Самая вероятная версия связывает фамилию с глаголом «люстить» или «люстать». В южнорусских и западнорусских говорах эти слова означали «щелкать, хлопать, бить», а также «трепать лён» или «очищать зерно от шелухи». Соответственно, Люстяем могли прозвать человека за манеру речи (отрывистую, «щёлкающую»), за работу с зерном или льном, либо за привычку давать подзатыльники. Вторая, менее распространённая версия — от личного имени Люстяй, которое могло быть уменьшительной формой от Любомир, Любим или Людовик, где корень «люб» перешёл в «люст» под влиянием местного произношения.

Словообразовательная модель типична для северо-восточных и центральных областей России, где фамилии на -ев от прозвищ на -ай/-яй (Люстяй, Плетяй, Вертяй) фиксировались в XV–XVII веках. В переписных книгах такие фамилии чаще всего встречались у крестьян и посадских людей, реже — у служилых «по прибору». Географически Люстяевы могли быть выходцами из районов Рязанщины, Тамбовщины или Поволжья, где диалектная лексика с корнем «люст-» сохранялась дольше всего.

Стоит учесть и возможную опечатку или вариативность написания: в документах XVII–XVIII веков фамилию могли записать как Люстаев, Люстеев или Люстиев, что затрудняет поиск в архивах. Однокоренных фамилий в русском ономастиконе почти нет, что подтверждает редкость исходного прозвища. Единственное близкое — Люстов, но оно образовано от другой основы (люст — блеск, глянец в профессиональной среде стекольщиков). Таким образом, Люстяев — фамилия-загадка, которую стоит искать не в столичных родословных книгах, а в локальных говорах и ремёслах центральной России.