Фамилия Артаев — редкая и неоднозначная по происхождению, и её разбор стоит начать с суффикса. Окончание -ев указывает на притяжательное прилагательное: «чей?» — Артаев, то есть сын или потомок человека по имени или прозвищу Артай. Форма -ев, а не -ов, ставится, если основа оканчивается на мягкий согласный или й (в слове «Артай» — как раз й). С точки зрения словообразования это сразу отсекает версию о происхождении от канонического имени Артемий: если бы в основе лежало это имя, мы бы видели форму Артемьев или Артёмов, а не Артаев. Так что в большинстве случаев Артаевы — это потомки человека, которого в быту звали тюркским прозвищем Артай.

Самая вероятная версия — тюркское происхождение основы. В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) слово «арт» (art) означает «задняя сторона», «тыл», «спина» или «проход». Суффикс -ай часто образует имена и прозвища. Таким образом, Артай могло быть прозвищем человека, жившего на отшибе, позади всех, или же того, кто выполнял роль замыкающего, арьергарда. В кочевой среде такое прозвище могло закрепиться за воином, прикрывавшим отход, или просто за медлительным человеком.

Вторая, менее распространённая гипотеза, отсылает к монгольскому «артай» — «ячменный». В этом случае прозвище мог получить земледелец или торговец зерном. Однако для русской ономастики эта версия экзотична, и её стоит рассматривать только при наличии конкретных семейных преданий.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — регионам, где веками жили бок о бок русские и тюркские народы. Встречается она и у русских, и у татар, и у башкир, причём в русской среде она, скорее всего, является «окаменевшим» отчеством от тюркского имени, которое дали предку ещё до крещения. Интересно, что фамилия не имеет «русского» суффикса -ин (как в фамилии Артин), что косвенно подтверждает: исходное имя Артай было полным, а не сокращением от Артемий.