Фамилия Бирсан — одна из тех, что ставят перед исследователем сразу несколько загадок. Начать стоит с того, что её окончание нехарактерно для русской фамильной модели. Суффиксы -ов, -ев, -ин, -ский здесь отсутствуют, а значит, перед нами не «притяжательное» образование от имени отца (типа Иванов или Петин). Фамилия стоит в чистой, «голой» форме, что для русского ономастикона редкость и обычно указывает на позднее заимствование или искусственное происхождение.

Самое вероятное объяснение корня — тюркское. В тюркских языках «бир» означает «один», а «сан» — «число», «счёт» или «почёт», «достоинство». Сложное слово «бирсан» могло быть прозвищем со значением «единственный в своём роде», «первый среди равных» или, если переводить буквально, «единое число». Встречается такое прозвище у башкир, татар и казахов, где оно иногда фиксируется как личное имя Бирсан. Таким образом, носитель фамилии — скорее всего, потомок человека, которого в тюркоязычной среде прозвали Бирсаном за редкостное качество или высокое положение.

Вторая, менее вероятная версия — от тюркского же «бирсэн» (дай, подари). Это могло быть именем-пожеланием, которое давали ребёнку, вымоленному у высших сил: «пусть даст (Бог)». Однако в фамилии закрепилось написание через «а», что больше тяготеет к первой версии.

Географически фамилия редкая. Встречается в основном на Урале, в Оренбуржье и в Башкортостане — то есть в зоне активного русско-тюркского пограничья. По социальному составу это, скорее всего, фамилия бывших крестьян или казаков, в чьих родах смешались славянские и тюркские корни. Сословной привязки к дворянству нет — фамилия не входит в родословные книги, что тоже косвенно подтверждает её народное, прозвищное происхождение.

Если сравнивать с однокоренными: Бирсанов — более распространённый вариант, где фамилию «обрусели» добавлением суффикса -ов. Бирсан же — архаичная, неадаптированная форма, сохранившая исходный тюркский облик. Это редкий случай, когда фамилия не прошла полную русификацию, и по ней можно судить о том, что предок носителя был, вероятно, не крещёным или крещёным поздно, и фамилию записали со слуха, не переделывая на русский лад.