Фамилия Исай образована от краткой формы крестильного имени Исайя. В основе лежит не полное библейское имя, а его обиходный вариант, который в повседневной речи вытеснил длинный оригинал. Исайя в переводе с древнееврейского означает «спасение Господне», и в православной традиции это имя носил один из великих пророков Ветхого Завета, выходец из знатной иудейской семьи.

Словообразовательная модель здесь проста: фамилия застыла в форме самого имени без добавления типичных русских суффиксов -ов, -ев или -ин. В русской ономастике такие случаи называют «фамилиями-омонимами» — они совпадают с исходным личным именем и не меняются по роду. Подобный тип встречается реже, чем патронимы на -ов, и часто указывает на позднее оформление фамилии или на её происхождение из южных и западных регионов, где бессуффиксные фамилии были распространены шире.

Поскольку фамилия Исай напрямую восходит к имени, она не несёт в себе указания на ремесло или прозвище предка. Её носители — потомки человека по имени Исай, который, скорее всего, был крестьянином или мещанином. В сословном отношении такие фамилии встречаются и среди духовенства, но здесь важно, что имя Исайя было особенно почитаемо в церковной среде, поэтому часть носителей могла происходить из семей священнослужителей.

Встречается фамилия преимущественно на юге России, в Беларуси и на Украине, что подтверждает её связь с регионами, где были сильны традиции сокращённых форм канонических имён. Вариант с ударением на последний слог — Иса́й — более характерен для украинского языкового ареала, в то время как в русской среде фамилию могли произносить с ударением на первый слог.

Однокоренные фамилии — Исаев, Исайкин, Исайченко — образованы от той же основы, но с разными суффиксами, что показывает, как одна и та же именная основа могла обрастать разными патронимическими показателями в зависимости от местной традиции.