Фамилия Водяева образована от прозвища Водяй. Основа здесь — «вода», а суффикс -яй характерен для русских прозвищ, описывающих человека по занятию или привычке (сравните: Бродяй, Гуляй, Ширяй). Водяем могли назвать того, чья жизнь или работа была тесно связана с водой: рыбака, лодочника, мельника на водяной мельнице, перевозчика через реку. Не исключено, что прозвище закрепилось за человеком, жившим у воды, или за тем, кто часто и подолгу мок — например, за водолазом или бурлаком.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Водяев — сын Водяя. В русской антропонимии такие патронимические фамилии на -ев типичны для основ на мягкий согласный или -й. Географически фамилия встречается в центральных и северных регионах России, где реки и озёра играли ключевую роль в хозяйстве. Водяевы могли быть крестьянами из приречных деревень или посадскими людьми, промышлявшими на воде.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: происхождение от канонического имени Вадий (от латинского vadum — «брод»), но в русской традиции это имя было редким, а прозвищная модель выглядит убедительнее. Фамилия не принадлежит к дворянским — её носители, скорее всего, были из крестьян или мещан. В современном языке фамилия сохраняет связь с природным явлением, что делает её прозрачной для понимания: корень «вод-» сразу выдаёт профессию или место обитания предка.