Фамилия Еспаева — женская форма, а её мужской вариант — Еспаев. В основе лежит имя Еспай, которое представляет собой казахскую или башкирскую форму, восходящую к арабскому имени Исмагил (Исмаил). В тюркской ономастике распространено стяжение и упрощение звуков: Исмагил → Еспай. Имя Исмаил означает «Бог услышал» и связано с библейско-кораническим пророком.

Модель образования типична для тюркских фамилий, русифицированных в XIX–XX веках: к основе на -ай добавляется русский патронимический суффикс -ев (Еспай → Еспаев). Аналогично появились фамилии Ахметов (от Ахметай), Жумаев (от Жумай). Суффикс -ев указывает на принадлежность: «сын Еспая».

Географически фамилия сосредоточена в Казахстане и среди башкирского населения России. Встречается также у татар, но реже. Поскольку Исмаил — одно из самых распространённых мусульманских имён, однофамильцев у Еспаевых много, но все они ведут род от разных людей по имени Еспай.

Сословная принадлежность предков не фиксируется однозначно: носители фамилии могли быть как скотоводами-кочевниками, так и оседлыми крестьянами после перехода к земледелию. В документах советского периода фамилия закрепилась окончательно, вытеснив отчество без фамильного суффикса.