Фамилия Исатаев образована от тюркского имени Исатай. Это составное имя: первая часть «Иса» — арабское имя пророка Иисуса (Иса в исламской традиции), вторая «тай» — тюркский именной аффикс, который придаёт имени ласкательный или уменьшительный оттенок. Таким образом, Исатай можно перевести как «маленький Иса» или «Иса-детка». Подобная модель (имя + -тай) характерна для казахской, башкирской и татарской антропонимии — вспомните фамилии Айтаев, Бектаев, Жолтай.

Фамилия Исатаев — патронимическая, то есть указывает на отца. Суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного) присоединился к основе Исатай, и получилось «сын Исатая». В русском языке такие фамилии закрепились в XIX–XX веках, когда у народов, исповедующих ислам, начали массово оформлять фамилии по русскому образцу. Носители фамилии — в основном потомки казахов, татар или башкир, хотя встречаются и среди других тюркских народов.

Географически Исатаевы чаще всего встречаются в Западном Казахстане (Атырауская, Западно-Казахстанская области), а также в Оренбургской и Астраханской областях России. Это объясняется историческими кочевьями и смешанным населением приграничных территорий. Встречается и вариант написания Исатаев (через «а» во втором слоге) — он более поздний, возникший из-за того, что в устной речи безударный гласный редуцируется.

В ономастике нет единого мнения, является ли имя Исатай прямым заимствованием из арабского или же самостоятельным тюркским образованием, где «Иса» могло быть искажённым «Ыса» (в казахском «Ыса» — вариант Иисуса). Но обе версии сходятся в одном: основа — религиозное имя, а фамилия — типичный пример того, как исламская традиция смешалась с тюркским словообразованием.