Фамилия Метляев — из тех, что хранят в себе сразу две возможные истории предка. Если коротко: её основа — прозвище Метляй, а вот что оно значило, учёные спорят до сих пор. В «Толковом словаре живого великорусского языка» Владимира Даля находим слово «метла» — это «веник на палке, черене, для очистки дворов, улиц, для сгреба хлеба при молотьбе». Отсюда первая, самая «профессиональная» версия: Метляем называли человека, чья работа была связана с метлой. Он мог мести улицы, работать на току, сгребая зерно, или же резать, вязать и продавать метлы. Такое прозвище относилось к разряду «профессиональных» именований — по роду занятий, что в старину было обычным делом.

Вторая гипотеза уводит нас в сторону украинских диалектов. Там есть слово «метло» — «место, удобное для охоты». Если принять эту версию, то Метляем прозвали охотника, который знал угодья и умел выбрать удачное место для лова. Правдоподобной выглядит и связь с глаголом «метать» — например, в значении «бросать, раскидывать», но в случае с этой фамилией такая трактовка менее убедительна, и специалисты чаще склоняются к «метле» или охотничьему термину.

Сам суффикс -яй в прозвище — характерная деталь. В русских именованиях он часто указывал на деятеля, на человека, для которого действие было привычным: как Болтай, Лентяй, Гуляй. Метляй — тот, кто метёт, работает с метлой или, по другой версии, промышляет охотой. Такие прозвища нередко закреплялись за родом и переходили в фамилию.

Родственные именования встречаются в исторических документах. В работах С. Б. Веселовского упоминаются Игнатий Федоров Метлин, записанный в 1417 году в Нижнем Новгороде, и Василий Леонтьев Метлин, земский судья из Соли Вычегодской, — это 1556 год. Формы на -ин и -ев от одной основы показывают, насколько живым и распространённым было такое прозвище в XV–XVI веках. Метляев — более поздняя, «патронимическая» форма: потомок человека по прозвищу Метляй со временем стал носить фамилию Метляев.

География фамилии прослеживается по архивным записям. В Книге памяти Республики Хакасия встречаются Метляев Андрей Дмитриевич, родившийся в 1875 году в селе Архангельском Тамбовской области, и Метляев Матвей Иванович, рождённый в 1867 году в Тамбовской губернии. А в Книге памяти Иркутской области отмечен Метляев Василий Иванович, родившийся в 1897 году в Балаганском районе Иркутской области. Эти записи показывают, что фамилия была знакома и в центральной России, и в Сибири, куда её носители переселялись в разные годы.