Фамилия Байтанаев — памятник тюрко-монгольской ономастики, построенный по простой и прозрачной модели: к личному имени Байтанай прибавили русский патронимический суффикс -ев, который в тюркских фамилиях закрепился в XIX—XX веках при оформлении документов. Значит, предок носителя фамилии носил имя Байтанай.

Имя это составное. Первая часть — «бай»: в древнетюркском это «хозяин, богатый человек, господин». Вторая часть — «танай», которую связывают со словом «таң» (предрассветный месяц, заря). Имя Байтанай, скорее всего, давали мальчику, родившемуся на утренней заре или в месяц, когда стоит предрассветная луна. Дословный перевод — «бай, подобный предрассветному месяцу» или «бай, родившийся на заре». В тюркской традиции такие имена-пожелания были распространены: они должны были принести ребёнку богатство и удачу.

Суффикс -ев (а не -ов) указывает, что основа имени оканчивается на мягкий согласный или «й». В фамилии Байтанаев конечный «й» имени Байтанай перешёл в «ев», что стандартно для русской адаптации тюркских имён.

Географически фамилия Байтанаевы встречается среди казахов и башкир, реже — у татар и народов Кавказа. В Казахстане имя Байтанай известно как родовое имя в некоторых жузах, что может говорить о существовании целого рода Байтанай. В таком случае фамилия указывает не на одного предка, а на принадлежность к этому роду.

О времени возникновения фамилии можно сказать лишь приблизительно. Массово фамилии у тюркских народов закреплялись во второй половине XIX века после переписей и введения всеобщей воинской повинности. Конкретные даты для фамилии Байтанаев требуют поиска по метрическим книгам или ревизским сказкам в регионах её бытования.

Встречается и вариант написания с одной «н» — Байтанаев, но он менее точен этимологически, так как в исходном имени «танай» две основы не сливаются в один звук.