Фамилия Письняева — женская форма от Письняев, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Письняй. Это редкий и неочевидный случай, где основа не связана с профессией или географией, а скорее с диалектной лексикой.

Корень «письн-» можно связать с глаголом «писать», но не в современном значении. В старых русских говорах, особенно на севере и в Сибири, «письня» или «письняк» означало человека, который любит писать — грамотея, писаря, либо того, кто много и витиевато говорит, «расписывает». Прозвище Письняй могли дать либо грамотному крестьянину (редкость для допетровской Руси), либо болтуну, краснобаю. Вторая версия — от слова «пись» в значении «пенис» (табуированная лексика), но она маловероятна для фамилии, закрепившейся в официальных документах: такие основы обычно отсеивались при переходе в фамилию.

Суффикс -ай характерен для прозвищ с экспрессивной окраской (ср. Гуляй, Ломай, Дерзай). Такие формы были распространены в среде вольных крестьян и казачества. Модель Письняй → Письняев типична для фамилий, возникших в XVI–XVII веках: прозвище на -ай, -яй давало притяжательное прилагательное с суффиксом -ев. То есть Письняев буквально означал «сын Письняя» или «принадлежащий Письняю».

Встречаемость фамилии Письняевых невысока. Основной ареал — юг России (Воронежская, Ростовская области) и восток Украины. Это наводит на мысль, что прозвище могло бытовать в среде однодворцев — потомков служилых людей, охранявших южные рубежи. Грамотность среди них ценилась, поэтому «письняй» — не обидная кличка, а указание на занятие или способность.

В отличие от более частых фамилий на -ов (Иванов, Петров), Письняев сохранила редкую основу, не перешедшую в имена. Это делает её ценной для историков языка: она зафиксировала забытое диалектное слово, не попавшее в литературный язык.