Фамилия Полстяной — редкий пример прозвища, перешедшего в фамилию без типичных родовых суффиксов (-ов, -ев, -ин). Она отвечает на вопрос «чей?» или «какой?» формой прилагательного: Полстяной человек. В русской ономастике такие фамилии встречаются в основном у выходцев из южных и западных регионов, где была распространена модель «чистого» прилагательного без наращения (сравните: Толстой, Босой, Кривой).

Основа фамилии — слово «полсть» или «полстье». В древнерусском языке полстью называли войлок, кошму, грубое валяное сукно. Полстяной — значит «сделанный из полсти» или «относящийся к полсти». Чаще всего так могли прозвать мастера по валянию шерсти — полстовала, который изготавливал войлок для бытовых нужд: подстилок, потников, шапок. В крестьянской среде валяльное ремесло было распространённым, но не престижным — работа считалась чёрной, пыльной, поэтому прозвище могло закрепиться и за самим ремесленником, и за его семьёй.

Менее вероятная, но допустимая версия: прозвище Полстяной давали человеку, который постоянно ходил в одежде из грубого войлока — например, в полстяной свите или плаще. Такая одежда была признаком бедности или просто практичности, и прозвище могло приклеиться по внешнему признаку.

Суффикс -ян- в основе указывает на материал (ср. «кожаный», «серебряный»), что подтверждает первую версию. В украинской и белорусской традиции встречаются однокоренные фамилии Полстян, Полстяник, Полстенко, но Полстяной — именно русская форма, зафиксированная в документах XVII–XVIII веков на территории современных Курской, Воронежской и Тамбовской областей.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -ой/-ый без суффикса упоминается как характерная для южновеликорусского наречия. Полстяной стоит в одном ряду с фамилиями Шерстяной, Суконный, Холщёв — все они указывают на ремесло или материал, с которым предок имел дело. Никакого отношения к польскому «полстяной» (от «пол» — половина) эта фамилия не имеет, несмотря на внешнее созвучие.