Фамилия Витяева образована от имени Витяй — народной, разговорной формы крестильного имени Виталий. Латинское Vitalis означает «жизненный», «полный жизни». По другой версии, Витяй мог быть сокращением от имени Виктор («победитель»). Оба варианта правдоподобны: в русской традиции домашние имена нередко усекали до одного слога с суффиксом -яй (сравните: Костяй от Константин, Петряй от Пётр). Суффикс -ев указывает на принадлежность: Витяев буквально значит «сын Витяя».

Имя Витяй не было редким в крестьянской и рабочей среде — именно в этих сословиях фамилии на -ев закрепились позже всего, часто уже в XIX веке. Географически фамилия встречается в центральных областях России и в Поволжье, но яркой региональной привязки не имеет.

Из известных носителей — Евгений Евгеньевич Витяев, доктор физико-математических наук, специалист по математическому моделированию. Его работа показывает, что фамилия не связана с каким-то одним социальным слоем: потомки крестьян и рабочих в XX веке нередко становились учёными.