Фамилия Митяева образована от мужского имени Митяй — так в старину в быту называли Дмитрия. Это не официальная, а уменьшительная форма церковного имени Димитрий, которое пришло на Русь вместе с крещением из Византии. Греческое имя Димитриос переводится как «принадлежащий Деметре»: так звали богиню земли и плодородия в античных мифах, поэтому имя буквально означало «земледелец» или «посвящённый Деметре».

Имя Митяй звучало просто и по-домашнему, а потому закрепилось в основном за людьми из крестьянской и посадской среды. Дворяне и книжные люди чаще использовали полные формы — Дмитрий или Димитрий. Поэтому, скорее всего, основатель рода Митяевых был человеком из простого сословия: крестьянином, ремесленником или служилым человеком низшего ранга. Прозвище Митяй быстро переросло в семейное именование: потомков того, кого звали Митяем, окружающие начинали называть Митяевыми — «чьи вы?» — «Митяевы».

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий: к основе Митяй добавили суффикс принадлежности -ев, который указывает на родство по отцу или главе семьи. Форма Митяева — женская, а мужской вариант — Митяев. Та же модель дала множество родственных фамилий от разных народных форм имени Дмитрий: Дмитриев, Митрофанов (через другое имя), Димов, Митюшин, Митягин. Митяев и Митяева стоят в этом ряду особняком, потому что сохранили самую разговорную, даже ласкательную форму имени.

В документах XVI–XVII веков имя Митяй встречается часто, особенно в переписях северных и центральных уездов России. Тогда же фамилия начала закрепляться. В некоторых говорах Митяем могли называть не только Дмитрия, но и любого человека с именем на «Мит-», например Митрофана, хотя это редкость. Основная версия происхождения всё же связана с Дмитрием, и она правдоподобнее: имя было широко распространено, а форма Митяй — естественным народным сокращением.

Отдельного упоминания заслуживает путаница с ударением: в фамилии Митяева ударение чаще падает на второй слог, но в некоторых регионах говорят Митяева с ударением на третий. На значение фамилии это не влияет, но по месту ударения иногда можно угадать, откуда родом носитель. В целом фамилия остаётся одной из тех, что рассказывают о простом происхождении предков и их близости к народной культуре именования.