Фамилия Многолетняя — редкий случай в русской ономастике, где прилагательное в женском роде стало фамилией. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, образованных суффиксами -ов/-ев, -ин или -ский, эта форма застыла в виде полного прилагательного женского рода. Такое явление характерно для фамилий, возникших из прозвищ, которые не успели или не захотели «причесать» под стандартную модель.

Основа фамилии — прилагательное «многолетняя». В прямом смысле оно могло относиться к растению (многолетняя трава), но в качестве прозвища почти наверняка имело переносное значение: так могли назвать женщину, которая прожила долгую жизнь, отличалась крепким здоровьем или, наоборот, казалась «вечной» из-за своей неутомимости. В крестьянской среде, где средняя продолжительность жизни была невысокой, такое прозвище звучало бы уважительно или даже с оттенком удивления.

Словообразовательная модель здесь нестандартна. Фамилия не имеет типичного фамильного суффикса — она образована напрямую от полного прилагательного без дополнительных морфем. В русской традиции это чаще встречается у украинских (Довгаль, Кривоніс) или польских фамилий (Długołęcka), а в русском языке — у фамилий на -их/-ых (Многолетних), но не на -яя. Вероятно, фамилия Многолетняя возникла в среде, где фамилии фиксировались в документах уже в женской форме, возможно, по материнской линии, или же это диалектная особенность записи.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и украинским регионам, где форма «-яя» в фамилиях встречается чаще, чем на севере. Встретить её можно в Воронежской, Ростовской областях, а также на Кубани. В северных и центральных губерниях такую фамилию, скорее всего, переделали бы в Многолетов или Многолетних.

Спорных версий у фамилии немного. Некоторые исследователи допускают, что в основе могло лежать не прозвище, а искусственное образование — например, фамилия семинариста, данная за долголетие или за прилежание («многолетняя служба»). Однако в духовных семинариях чаще давали фамилии на -ский (Многолетский), а форма на -яя для семинарской практики нехарактерна. Поэтому бытовая, народная версия — прозвище долгожительницы — выглядит убедительнее.