Фамилия Виталий — редкий случай, когда личное мужское имя перешло в фамилию без каких-либо изменений, то есть бессуффиксальным способом. Исходное имя имеет греческие корни и означает «жизненный, живущий». В христианской традиции оно закрепилось благодаря нескольким святым: мученику Виталию, преподобному Виталию и священномученику Виталию. Именно их почитание обеспечило имени место в святцах и, как следствие, распространение среди верующих.

Сама модель образования — без суффиксов -ов, -ин, -ский — сразу подсказывает географию бытования. Такое прямое перенесение имени в фамилию характерно прежде всего для украинской ономастики, где бессуффиксальные фамилии встречаются значительно чаще, чем в русской. В России же подобная форма могла возникнуть на южных и западных территориях, где было сильно украинское влияние. Поэтому, если вы носите фамилию Виталий, с высокой вероятностью ваши предки происходят из украинских земель или пограничных с ними областей.

В отличие от фамилий, образованных от производных форм (Витальев, Витальский), Виталий сохраняет исходное звучание. Это делает её более прозрачной для этимологического разбора, но и более редкой: в метрических книгах такую фамилию могли дать либо в качестве «уличного» прозвища, закрепившегося за родом, либо при неформальной записи, когда священник или писарь не стал добавлять фамильный суффикс. В любом случае, значение остаётся тем же — «потомок человека по имени Виталий», и никакой дополнительной семантики, вроде профессии или прозвища по характеру, здесь нет.