Фамилия Сетяев образована от прозвища или нецерковного имени Сетяй. В её основе лежит либо глагол «сетить» (ставить сети, ловить сетями), либо диалектное слово «сетяй» — так в некоторых говорах называли рыбака, промышлявшего сетями. Человек с таким прозвищем мог быть профессиональным рыболовом или, реже, охотником, использовавшим сетные ловушки. Суффикс -яй в русских прозвищах часто указывал на деятеля по характерному занятию (сравните: «гуляй», «бродяй», «стреляй»), поэтому Сетяй — это тот, кто постоянно «сетит», то есть ставит сети.

Фамилия оформлена по стандартной патронимической модели: к основе Сетяй добавили суффикс принадлежности -ев, указывающий на «сына Сетяя» или «из семьи Сетяевых». Написание через «е» в суффиксе, а не через «ё», объясняется правилами русской орфографии: под ударением после шипящих и мягких согласных в суффиксах фамилий чаще пишется «е» (как в фамилиях Алексеев, Андреев), хотя в разговорной речи произношение могло колебаться.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России, где сетевое рыболовство было распространённым промыслом. Встречается она нечасто, что указывает на локальное происхождение от прозвища, не ставшего массовым. Родственные фамилии — Сетин, Сеткин, Сетов — образованы от тех же корней, но с другими суффиксами. Сословно Сетяевы, скорее всего, принадлежали к крестьянам или рыболовам-промысловикам; в дворянских родословных книгах эта фамилия не отмечена, что подтверждает её «ремесленное» происхождение.