Фамилия Ялтаева образована от мужского имени или прозвища Ялтай. Основа «Ялт-» в тюркских языках может означать «блеск», «сияние», «молния» — например, в татарском и башкирском «ялт» передаёт мгновенный блеск или вспышку. Суффикс «-ай» характерен для тюркских имён и прозвищ, часто придаёт уменьшительно-ласкательный оттенок или указывает на носителя качества. Таким образом, Ялтай — это, скорее всего, человек, которого прозвали за быстрый, яркий нрав, внешность или даже за профессию, связанную с блеском (кузнец, ювелир).

Фамилия стоит в ряду однокоренных: Ялтаев, Ялтин. Модель образования — отчество на «-ев» от тюркского имени, что типично для фамилий, появившихся у народов Поволжья и Урала в XVIII–XIX веках. В русской среде суффикс «-ев» закрепился при адаптации татарских, башкирских и чувашских фамилий. Географически фамилия Ялтаева чаще встречается в Оренбургской, Челябинской областях и в Башкортостане — регионах, где исторически жили тюркские народы.

Версия о связи с крымским городом Ялта маловероятна: топоним образован от греческого «ялос» (берег), и фамилия от такого названия могла бы появиться, но тогда форма была бы Ялтинский или Ялтов, а не Ялтаев. К тому же фамилия практически не встречается в Крыму. Более правдоподобно происхождение от личного имени Ялтай, которое зафиксировано в старых татарских метриках.

Основная версия: предок носителя фамилии — тюркский крестьянин или ремесленник, получивший прозвище Ялтай за яркую внешность или резкий характер. Фамилия не дворянская, а народная, что подтверждается её редкой встречаемостью в дореволюционных списках привилегированных сословий.