Фамилия Астонаева — редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все прочие версии происхождения. В отличие от большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён или прозвищ, эта фамилия с высокой долей вероятности имеет тюркские корни и напрямую связана с топонимом — названием населённого пункта.

Основа фамилии — «Астонай» или «Астанай». В тюркских языках, особенно в казахском и башкирском, слово «астана» означает «столица», «главный город», но в более широком смысле — «порог», «высокое место», «святыня». В прошлом так могли называть родовое селение или место зимовки. Суффикс «-ев» (в женском роде «-ева») указывает на принадлежность: Астонаева буквально значит «дочь/жена человека из Астоная» или «из рода Астонаевых».

Мужская форма фамилии — Астонаев. Она встречается преимущественно в Оренбургской области России и в приграничных районах Казахстана. Именно там, в степях, где веками кочевали башкирские и казахские роды, и могло существовать урочище или аул с таким названием. Позже, когда начался массовый учёт населения и закрепление фамилий, переселенцы или бывшие кочевники получили фамилию по месту своего происхождения.

Есть и другая, менее вероятная версия: от личного имени Астана, которое могло быть прозвищем. В диалектах тюркских языков «астана» иногда употреблялось в значении «почтенный старец» или «хранитель очага». Но в таком случае фамилия скорее имела бы форму Астанин или Астанов, а не Астонаев. Суффикс «-аев» характерен именно для фамилий, образованных от географических названий на «-ай» (сравните: Актаев — от Актай, Каратаев — от Каратай). Именно этот суффикс — ключевая деталь, которая отличает фамилию от однокоренных и указывает на топонимическое происхождение.

Таким образом, предки современной носительницы фамилии Астонаева, скорее всего, были людьми, чья семья происходила из конкретного места — аула или стойбища, которое в документах или в народной памяти закрепилось как Астонай. Это не прозвище по профессии и не отчество от имени святого, а метка на карте, превратившаяся в фамилию.