Фамилия Надоиян — редкий случай, когда написание почти полностью совпадает с произношением, и это сразу подсказывает, что перед нами армянская фамилия. Типичный армянский суффикс -ян (в старой орфографии -янц) означает «из рода такого-то» или «принадлежащий». В основе лежит личное имя или прозвище Надо, а суффикс -ян превращает его в родовое имя: «из рода Надо».

Самая вероятная версия происхождения основы — от армянского слова «над» (նադ), которое в диалектах может означать «ковёр» или «войлок». В этом случае прозвище Надо мог получить мастер-ковродел или торговец коврами. Ковроткачество — одно из древнейших ремёсел в Армении, и фамилии, образованные от названий профессий, встречаются часто, хотя обычно они заканчиваются на -ян напрямую от названия ремесла (например, Гюльбенкян — от «гюльбенк»). Здесь же мы видим промежуточную форму — прозвище Надо, от которого уже пошла фамилия.

Менее распространённая, но возможная версия — связь с армянским именем Надапет (Надапетян), где «над» может быть сокращением от «нада» (надежда) или частью сложного имени. Однако форма Надоиян говорит скорее в пользу прозвища, чем полного имени: суффикс -о характерен для уменьшительно-ласкательных или обиходных форм.

Географически фамилия встречается преимущественно среди армян, рассеянных по постсоветскому пространству, и не имеет массового распространения. В исторических переписях Российской империи или советских архивах она не фиксируется как частая, что указывает на её локальное происхождение — возможно, из одного села или рода. Носители фамилии Надоиян, скорее всего, потомки ремесленников, связанных с текстильным производством, либо людей, получивших прозвище за характерную внешность или манеру поведения (например, «ковёр» могло быть ироническим прозвищем за что-то мягкое или пёстрое).

Фамилия не меняла форму при русификации: армянское окончание -ян сохранилось без переделки в -ов или -ин, что типично для фамилий, записанных в советское время, когда национальные окончания перестали заменять.