Фамилия Астаевы (в форме мужского рода — Астаев) ведет начало от тюркского мужского имени Астай. В переводе с татарского это имя означает «счастливый». Родители, давая такое имя ребенку, желали ему удачной и благополучной судьбы. По одной из версий, имя Астай восходит к арабскому «аста» — «дарованный», что также связывает его с пожеланием счастья.

Фамилия относится к распространенному типу древнейших восточных фамилий. Ее корни уходят в XV–XVII века, в среду выходцев из Золотой Орды, печенегов или половцев. Многие дворянские роды в России имели нерусское происхождение, что и способствовало проникновению тюркских основ в состав русских фамилий. Сведения о восточном происхождении Астаевых подтверждаются именем родоначальника — Астай.

Менее правдоподобная гипотеза связывает фамилию с женским именем Ася и его производной формой Аста, что означает «горожанка». Однако эта версия слабее, так как не объясняет характерный для тюркских имен суффикс -ай.

Словообразовательная модель проста: к основе Астай добавили типичный русский суффикс принадлежности -ев, указывающий на происхождение от отца. Таким образом, Астаев — буквально «сын Астая». Фамилия встречается преимущественно в Поволжье и на Урале, в регионах исторического соседства славянского и тюркского населения.