Фамилия Толтякова образована от мужского варианта Толтяков, а тот, в свою очередь, — от прозвища или нецерковного имени Толтяк. Основа «толст-» здесь очевидна: корень указывает на полноту, дородность, крупное телосложение. Суффикс -як в русских прозвищах типичен для характеристики человека по внешнему признаку (ср. Горбун — Горбяк, Худой — Худяк). То есть Толстяк — прямое прозвище полного, тучного человека. Форма Толтяк (с «т» вместо «ст») — это результат упрощения в живой речи: сочетание «ст» перед «я» могло редуцироваться, особенно в говорах, где согласные смягчались или стягивались. Такое фонетическое явление встречается в севернорусских и некоторых среднерусских диалектах, поэтому фамилия Толтяков/Толтякова могла закрепиться именно там.

Притяжательный суффикс -ов указывает на принадлежность: «чей?» — Толтяков, то есть сын, потомок или человек из рода Толтяка. Модель типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда основная масса крестьян и посадских людей получала фамилии по отцу или деду. Женская форма Толтякова — естественное грамматическое окончание для замужней женщины или дочери в этой фамильной линии.

В ономастических справочниках фамилия Толтяков встречается нечасто, что говорит о её сравнительной редкости. В отличие от массовых Толстых, Толстухиных или Толстиковых, Толтяковы — более локальная фамилия. По данным современных телефонных справочников и баз адресов, носители фамилии сосредоточены в основном в Поволжье и на Урале, особенно в Пермском крае и Кировской области. Это согласуется с диалектной природой основы: именно в этих регионах фиксируются формы с «т» вместо «ст» в корне «толст-».

Версия о связи с тюркскими корнями (например, от татарского «толты» — полный, сытый) маловероятна: русская словообразовательная модель с суффиксом -як и притяжательным -ов нехарактерна для тюркских фамилий, которые обычно оканчиваются на -ов/-ев, но без промежуточного -як. Так что происхождение чисто русское, прозвищное. Предок носителя фамилии был, скорее всего, человеком плотного телосложения, и это качество закрепилось за его родом на несколько столетий.