Фамилия Астаева — женская форма фамилии Астаев, которую в русской традиции закрепили за дочерьми и жёнами. Мужской вариант, Астаев, образован от татарского мужского имени Астай. В переводе с тюркских языков это имя означает «счастливый». Родители, нарекая сына Астаем, желали ему благополучной и удачной жизни — такая практика именования по смыслу была распространена у многих народов Поволжья и Приуралья. Именно тюркская версия считается основной и наиболее правдоподобной.

Менее убедительна гипотеза, которая связывает фамилию с женским именем Ася и его производной формой Аста, якобы означающей «горожанка». Эта версия слабее: во-первых, фамилии на -ев/-ов редко образуются от женских имён без посредничества мужского прозвища, а во-вторых, имя Аста в значении «горожанка» не фиксируется в авторитетных ономастических источниках как самостоятельное календарное или народное имя.

С точки зрения словообразовательной модели, Астаев — типичная патронимическая фамилия: к основе Астай добавили русский суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного), указывающий на принадлежность: «сын Астая». Сама основа Астай — это, скорее всего, тюркское имя, которое могло быть как полным, так и сокращённой формой от более длинных имён вроде Астайбек или Астайяр.

Географически фамилия Астаевы чаще встречается в регионах, где исторически были сильны татарские и башкирские общины: в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Это косвенно подтверждает тюркское происхождение фамилии.

Процесс формирования фамилий у разных сословий шёл неравномерно, поэтому окончательно говорить о точном времени возникновения рода Астаевых можно лишь на основании генеалогических исследований конкретной семьи. Однако по модели образования фамилия относится к позднему пласту — XVII–XIX векам, когда русские фамильные суффиксы активно адаптировали иноязычные имена.