Фамилия Помитяева — женская форма мужской фамилии Помитяев. В основе лежит прозвище или нецерковное имя Помитяй, которое, скорее всего, образовано от глагола «помить» (или диалектного «помитить»). В русских говорах слово «помить» означало «вымыть, очистить», а «помитить» — «заметить, приметить». Таким образом, Помитяем могли прозвать либо человека опрятного, чистоплотного (от «помить»), либо, наоборот, того, кто всё замечал, был наблюдательным (от «помитить»). Вторая версия выглядит более правдоподобной: прозвища от глаголов со значением «смотреть, видеть» встречаются в русской ономастике чаще (сравните Глядяй, Зыряй, Смотряев).

Суффикс -яй типичен для древнерусских некалендарных имён и прозвищ, образованных от глагольных основ (как Лепетяй, Болтаяй, Шептуняй). Такие имена были распространены в крестьянской среде до XVII века, а затем закрепились в фамилиях. Фамилия Помитяев (и её женская форма Помитяева) — относительно редкая. По данным открытых источников, наибольшая концентрация носителей встречается в Поволжье, в частности в Ульяновской и Самарской областях, что может указывать на местное происхождение прозвища.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых документах (например, в переписных книгах XVII–XVIII веков) можно встретить форму «Помитяевъ» с двумя «т», а в современных справочниках — «Помитяев». Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Помитя́ев. Однокоренных фамилий немного: Помитов, Помитин, Помитко — все они идут от того же корня, но с разными суффиксами.