Фамилия Путляева — женская форма фамилии Путляев, и её происхождение напрямую связано с мужским прозвищем или именем Путляй. Основа фамилии — корень «пут-», который в древнерусском языке имел два основных значения: «путь, дорога» и «путы, оковы». Второе значение чаще использовалось в переносном смысле — так могли назвать человека медлительного, «связанного» в движениях, или же того, кто путал, сбивал с толку.

Суффикс «-яй» в прозвище Путляй — характерный для русских обиходных имён и прозвищ XVI–XVII веков. Он придавал слову оттенок действия или свойства: Путляй — тот, кто «путляет», то есть путает, мешает, делает невпопад. В народной речи «путлять» означало «путать, говорить сбивчиво, делать неловко». Следовательно, прозвище Путляй мог получить человек рассеянный, нерасторопный или, наоборот, хитроватый, умеющий запутывать следы.

Фамилия Путляев (и Путляева) образована по стандартной патронимической модели: к основе Путляй добавили притяжательный суффикс «-ев» (после мягкого согласного «й»). Таким образом, Путляев — «сын Путляя». Эта модель типична для центральных и северных регионов России, где фамилии на «-ев» и «-ов» закрепились в крестьянской и мещанской среде к XVIII–XIX векам.

Географически фамилия Путляев встречается нечасто, но имеет локальные очаги. По данным современных исследований, основная масса носителей сосредоточена в Поволжье — в Самарской, Саратовской, Ульяновской областях, а также в некоторых районах Сибири, куда переселенцы уходили в XIX веке. Встречается также вариант Путляевский, образованный от топонима, но он имеет другую суффиксальную природу.

Известных исторических деятелей с этой фамилией нет в широких справочниках, что типично для фамилий, возникших в народной среде. Однако в архивных документах XVIII века, например в ревизских сказках Симбирской губернии, упоминаются крестьяне Путляевы — это указывает на то, что фамилия бытовала в среде государственных и помещичьих крестьян, а не дворянства.