Фамилия Самотаева образована от личного имени или прозвища Самотай, и у этого имени, как минимум, три правдоподобных объяснения. Самое простое и, возможно, самое точное — мирское имя, данное по названию растения очиток, которое в народе звали самотаем. Очиток — неприхотливая трава с мясистыми листьями, известная целебными свойствами. Нарекая ребенка Самотаем, родители как бы поручали его природе, надеясь, что к нему перейдут сила и живучесть этого растения. Такая практика — давать детям «растительные» имена — была широко распространена в дохристианской Руси и сохранялась в деревнях еще веками после крещения.

Вторая версия выводит имя из арабского Самат, что значит «вечный» или «руководитель», с уменьшительно-ласкательным аффиксом -ай. Такое имя могло попасть в русскую среду через татарское или иное тюркское влияние, особенно в Поволжье, где такое соседство было обычным делом. Но эта гипотеза выглядит слабее: слишком уж созвучно русское нарицательное «самотай» с этим именем, чтобы не предположить, что в основе лежит именно оно.

Третью версию связывают с украинским глаголом «самотити» — жить одиноко, стоять отдаленно, оставаться без присмотра. В этом случае прозвище Самотай закрепилось за человеком, который жил на отшибе, на краю деревни, либо вел замкнутый, отшельнический образ жизни. Такое прозвище вполне могло перейти в фамилию, когда закрепилось за его потомками.

Модель образования фамилии проста: к основе Самотай добавился стандартный патронимический суффикс -ев, указывающий на сына или потомка Самотая. Форма Самотаева — женская или родительная форма мужской фамилии, типичная для русского ономастикона.

Следы фамилии сохранились в документах XX века. В Книге памяти Астраханской области упоминается Илья Михайлович Самотаев, 1908 года рождения, из села Цветное Володарского района. В Книге памяти Республики Марий Эл есть запись о Тимофее Ивановиче Самотаеве, родившемся в 1900 году в деревне Заовражные Пертнуры Еласовского района. Оба упоминания относятся к разным концам страны — низовья Волги и Поволжье, что подтверждает: фамилия не была привязана к одному региону и встречалась в разных губерниях.

Что касается сословной принадлежности, определенных данных нет. Имена вроде Самотай чаще встречались в крестьянской и посадской среде, где мирские прозвища держались дольше всего, но говорить об этом уверенно можно лишь предположительно.