Фамилия Обертяев — редкий пример, где основа почти наверняка не русская, а тюркская или арабо-тюркская, но оформлена стандартным русским суффиксом -ев. Если смотреть на модель, то это типичная патронимическая фамилия: суффикс -ев присоединен к основе Обертяй, которая в прошлом была личным именем или прозвищем.

Самая вероятная версия — связь с тюркским словом «оберт» (вариант «убирт»), которое восходит к арабскому «убурт» — «переправа», «брод». В кочевой среде так могли назвать человека, жившего у брода, перевозившего через реку или занимавшегося переправой. В тюркских языках слово давало имена типа Обертай, Обертяй, которые при русификации превращались в Обертяев. Подтверждает эту версию и география: фамилия встречается в Поволжье и на Урале, в зоне активных контактов русских с татарами и башкирами.

Менее убедительная гипотеза — связь с глаголом «обертеть». Слово «обертяй» могло бы означать «тот, кто обертывает, заворачивает» — например, торговец, упаковывающий товар. Но в русских говорах такое прозвище не зафиксировано, а глагольная модель образования (от основы настоящего времени) для фамилий на -ай/-яй скорее характерна для украинской и белорусской традиции, чем для великорусской. Для фамилии с тюркским корнем это объяснение выглядит натянутым.

Сословная принадлежность предков Обертяевых, скорее всего, была крестьянской или мещанской. Фамилия не относится к дворянским и не упоминается в родословных книгах, а ее ареал — преимущественно сельские районы бывшей Казанской и Уфимской губерний. Встречаются написания с одной «т» — Оберяев, но это, вероятно, более позднее упрощение при записи.