Фамилия Поляева образована от имени или прозвища Поляй. Это краткая форма одного из крестильных имён, скорее всего Аполлинарий (в переводе с греческого — «посвящённый Аполлону») или Ипполит («распрягающий коней»). В русской народной среде длинные церковные имена постоянно сокращали: Аполлинарий превращался в Полю, Полюшу, Поляя, а Ипполит — в Поля, Полита, Поляя. Фамилия закрепилась по отцу: Поляев — сын Поляя.

Модель образования простая и древняя: суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Такие фамилии массово возникали в XV–XVII веках, когда крестьяне и посадские люди получали фамилии по имени отца. Поляевых больше всего в центральных и северных областях России — бывших землях Новгородской республики, Владимирщине, Костромской губернии. Там имя Поляй встречалось в писцовых книгах ещё в XVI веке.

Реже фамилию связывают с прозвищем от слова «поле»: Поляем могли назвать человека, работающего в поле, или того, кто владел земельным наделом. Но эта версия менее надёжна. Прозвища от «поля» обычно давали в форме Полевой, Польщик, Поляк, а уменьшительное Поляй почти всегда оказывалось производным от личного имени. Подтверждение — старые новгородские и псковские грамоты, где Поляй фигурирует именно как имя.

Ударение в фамилии плавающее: в разных регионах говорят и Поля́ева, и По́ляева. С точки зрения исторической грамматики правильнее ударение на второй слог — так произносили имя Поля́й. Фамилия не дворянская, не купеческая: она из крестьянской среды, и её носители в большинстве своём были землепашцами или ремесленниками.

Однокоренные фамилии — Поляков, Полев, Полин, Политов. Но Поляева стоит особняком: она образована от редкой краткой формы, которая почти вышла из употребления уже к XVIII веку. Поэтому встретить Поляевых можно, но не так часто, как Поляковых или Полевых.