Фамилия Черналев — редкий пример образования от цветового прозвища с помощью патронимического суффикса -ев, но не напрямую, а через промежуточную форму. В основе лежит прилагательное «чёрный», но не в прямом значении цвета, а как прозвище: на Руси Чёрным, Чернаем, Чернышом называли человека со смуглой кожей, тёмными волосами или, реже, угрюмым нравом. От этого прозвища образовали фамилию Чернаев, а затем, по одной из версий, к ней добавили ещё один суффикс — -л-, который мог указывать на принадлежность или свойство («черналь» — тот, кто относится к Чернаю или похож на него). Получилось Черналев.

Менее вероятно, но возможно, что в основе лежит забытое слово «черналь» — так в некоторых говорах называли чернолесье или тёмный лес, а фамилия тогда указывала на место жительства: «живущий у черналя». Однако прозвищная версия выглядит убедительнее: суффикс -ев типичен для русских фамилий от личных имён и прозвищ, а вот топонимический суффикс -лев встречается реже и чаще связан с названиями сёл (например, Чернолев — от Чернолесье).

География фамилии узкая. Черналевы встречаются в основном в центральных и южных областях России, особенно в Воронежской, Ростовской и Липецкой областях. Это говорит о том, что фамилия могла сложиться в зоне чернозёмных степей, где прозвище «Чёрный» было особенно распространено. По сословию предки Черналевых — скорее всего, крестьяне или однодворцы, реже — казаки, так как фамилии на -ев с прозвищной основой чаще всего недворянские.

В написании фамилия устойчива: двойное «л» нехарактерно, вариант «Черналёв» встречается лишь в единичных документах XIX века, но не прижился. Таким образом, Черналев — это фамилия-отчество от прозвища, которое дали предку за внешность или нрав, и она почти не изменилась за несколько столетий.