Фамилия Сычаева — женская форма фамилии Сычаев, а та образована от прозвища или нецерковного имени Сыч. Основа здесь прозрачна: сыч — ночная хищная птица из семейства совиных, распространённая в средней полосе России. В русской народной традиции сыч — птица неоднозначная: с одной стороны, символ мудрости и одиночества, с другой — нелюдимости и угрюмости. Прозвище Сыч могли дать человеку замкнутому, необщительному, который «сидит как сыч», либо тому, кто был нелюдим и предпочитал ночной образ жизни.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий: к основе «Сыч» добавили суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Суффикс указывает на принадлежность: Сычаев — буквально «сын Сыча». Такое окончание характерно для фамилий, возникших в центральных и северных губерниях России, где -ев и -ов преобладали над -ин.

Географически фамилия Сычаев (и её женская форма) чаще всего встречается в Поволжье и на юге России, особенно в Саратовской, Волгоградской и Ростовской областях. Это подтверждается данными современных телефонных справочников и списков избирателей — ядро носителей сосредоточено именно там. Встречается она и на Урале, но реже.

Стоит отметить, что в ономастике есть и альтернативная версия: некоторые исследователи выводят Сычаева от уменьшительной формы имени Сысой (Сысой → Сыч → Сычаев). Но она менее убедительна, так как имя Сысой в народном обиходе давало формы Сысоев, а не Сычаев, и связь с птичьим прозвищем прямее и логичнее.

Сословная принадлежность у Сычаевых не зафиксирована в дворянских родословных книгах — фамилия крестьянская или мещанская. Предки носителей фамилии, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками, а прозвище Сыч могло закрепиться за конкретным человеком и передаться детям уже как фамилия. В документах XVIII–XIX веков такие фамилии встречаются в переписных книгах крестьян, но без привязки к известным историческим личностям.