Фамилия Кантаев чаще всего образована от тюркского мужского имени Кантай. В его основе лежит слово «кант», что в переводе с ряда тюркских языков означает «сахар». Скорее всего, имя Кантай родители давали долгожданному, горячо любимому сыну, как бы желая ему сладкой жизни. Это типичная модель для тюркских имён-пожеланий, где основа указывает на ценное качество или предмет.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий от тюркских основ: Кантай + -ев = Кантаев, то есть «сын Кантая». Такие фамилии массово закреплялись за тюркскими народами после вхождения их земель в состав Российской империи, когда потребовалась унификация документов.

Есть и другая версия, которая связывает фамилию с кавказскими корнями. Возможно, она образована от старинного чеченско-ингушского имени Канта. Значение этого имени доподлинно не известно, но оно встречается в родовых именованиях вайнахских народов. В этом случае фамилия указывает на принадлежность к определённому тейпу или роду, основателю которого могли звать Канта.

Согласно третьей гипотезе, в основе фамилии лежит топоним Кантай — такое название носят несколько селений в Казахстане. Предок обладателя фамилии мог быть уроженцем одного из них. Само слово «Кантай» в этом контексте, возможно, восходит к тюркскому «кант» — «село», «поселение». Тогда фамилия — не по имени, а по месту жительства, что встречается реже, но тоже логично.

Известный носитель фамилии — Валентин Петрович Катаев (1897–1986), русский писатель и Герой Социалистического Труда. Несмотря на разницу в написании (Катаев вместо Кантаев), его фамилия имеет ту же основу — имя Кантай. Он был постоянным сотрудником газеты «Гудок» с 1923 года, печатал юморески и фельетоны в «Правде», «Рабочей газете», «Труде». В 1957–1962 годах, будучи главным редактором журнала «Юность», Катаев превратил его в одно из ведущих периодических изданий страны и открыл путь к читателю многим видным литераторам. Это пример того, как одна и та же основа могла дать разные варианты фамилии из-за особенностей произношения и записи в документах.