Фамилия Полтава — редкий случай, когда в основе лежит не прозвище и не имя, а название города. Вопрос в том, как именно топоним стал фамилией. Здесь есть две версии, и одна из них гораздо убедительнее.

Первая, напрашивающаяся: предок был выходцем из Полтавы. Такой вариант возможен, но для русской традиции он не типичен. Фамилии от названий городов в центральной России обычно образовывались с помощью суффиксов -ский/-ской (Полтавский) или -цев (Полтавцев). Голая основа «Полтава» без суффикса — это скорее украинская модель, где фамилии, совпадающие с названием населённого пункта, встречаются чаще. Вторая версия куда более правдоподобна: фамилия образовалась от прозвища Полтава. Так могли называть человека, который долго жил в Полтаве, вернулся оттуда или просто имел с этим городом какую-то яркую ассоциацию — например, привёз оттуда невесту или торговал полтавскими товарами. Прозвища по названиям городов давали людям, чтобы отличить их от остальных односельчан, и со временем это прозвище закрепилось как фамилия.

Словообразовательная модель проста: фамилия бессуффиксная, то есть образована путём перехода топонима или прозвища в разряд фамилий без добавления -ов, -ин или -ский. Это характерно для украинских фамилий (например, Луганск, Харьков, но чаще — более старые названия вроде Миргород). В русском языке такие фамилии — редкость, и обычно они указывают на южное, украинское происхождение рода.

География бытования фамилии подтверждает эту версию. Полтава встречается в основном на Украине и в южных областях России (Белгородская, Воронежская, Ростовская области), а также среди потомков украинских переселенцев на Кубани и Дальнем Востоке. В центральных и северных регионах России она практически не встречается.

Сам топоним «Полтава» имеет тюркское происхождение и, по наиболее принятой версии, восходит к тюркскому polta — «болото, топь». Так что, если копнуть глубже, фамилия в конечном счёте может означать «житель болотистой местности» — через название города, который стоял на болотистых берегах Ворсклы.

В истории фамилия Полтава не получила широкой известности. Нет данных о дворянских родах с этой фамилией — скорее всего, она была крестьянской или казачьей. Носители фамилии Полтава — это, как правило, потомки людей, которых когда-то прозвали по месту их жизни или связи с известным городом.