Фамилия Вальнев — одна из тех, где за привычным для русского уха окончанием скрывается неочевидная основа. На первый взгляд кажется, что корень «вальн-» должен быть связан с глаголом «валять» (валенки, валяльщик). Но в действительности фамилия образована от канонического крестильного имени Варлам (Варлаам). В народной речи это имя сокращали и переделывали: Варлам → Варланя → Варля → Вальня. От уменьшительной формы Вальня через притяжательный суффикс -ев и появился Вальнев — буквально «сын Вальни», то есть потомок человека, которого в быту звали Вальней.

Словообразовательная модель здесь та же, что в фамилиях Петьнев (от Петя), Саньнев (от Саня) или Ваньнев (от Ваня). Суффикс -ев, а не -ов, стоит после мягкого согласного (нь). Это типично для русских фамилий, образованных от уменьшительных имён на -ня.

Менее распространённая, но допустимая версия связывает фамилию с прозвищем Вальня, которое мог получить человек, занимавшийся валкой леса или валянием шерсти. Однако в пользу имени говорит то, что фамилия Вальнев встречается в старых документах преимущественно в центральных и северных губерниях России — там, где имя Варлам было особенно популярно среди крестьян и духовенства.

В отличие от фамилий на -ич или -ский, Вальнев — типично патронимическая фамилия «низового» происхождения: её носили крестьяне и мещане, а не дворяне. В переписных книгах XVII–XVIII веков она фиксируется в форме Вальневъ, с твёрдым знаком на конце, что подтверждает её давнюю письменную историю.