Фамилия Валяев образована от прозвища Валяй. Такое прозвище в старину чаще всего давали ленивому, медлительному человеку, которого называли увальнем. Это значение напрямую связано с глаголом «валяться» — лежать без дела. Словообразовательная модель типична для русских фамилий: к основе на -ай присоединился суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Валяя).

Менее вероятна версия, что в основе лежит нарицательное «вал» — человек с увечьем или хромотой (от глагола «валить» в смысле «клонить на бок»). Эта гипотеза слабее: прозвища от физических недостатков обычно образовывались напрямую (Хромой, Кривой), а не через отглагольную форму. Кроме того, суффикс -ай в русской ономастике чаще маркирует деятеля или носителя характерного свойства (Болтай, Молчай), чем указывает на последствие травмы.

Географически фамилия Валяев встречается преимущественно в центральных и поволжских регионах России, что подтверждают данные современных поисковых систем. Встречаются также варианты написания Валяевъ (до реформы орфографии 1918 года) и однокоренные фамилии Валягин, Валюхин, образованные от тех же корней, но с разными суффиксами.

Словообразовательная модель с суффиксом -ев (а не -ов) указывает на то, что основа прозвища оканчивалась на мягкий согласный или й. В данном случае — на й (Валяй → Валяев). Это типичная модель для фамилий, возникших в среде крестьян и посадских людей не ранее XVI–XVII веков, когда прозвища начали закрепляться в качестве наследственных именований.