Фамилия Карнаев в своей основе имеет прозвище Карнай. Чаще всего его связывают с глаголом «карнать» — «обрезать, остригать, укорачивать». Отсюда идёт прямая дорога к профессии: предок мог быть портным или парикмахером. В некоторых говорах к тому же корню восходит слово «карный» — «малорослый, низкий, короткий». Значит, Карнаем могли прозвать и приземистого, невысокого человека. Обе версии укладываются в типичную для русских фамилий модель: прозвище по занятию или внешности плюс патронимический суффикс -ев.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Карнаев буквально означает «сын Карная». Такая форма характерна для фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или -й. В данном случае основа прозвища оканчивается на -ай, что и дало суффикс -ев, а не более частотный -ов.

Существует и другая, гораздо менее правдоподобная версия — искусственное происхождение фамилии. Её относят к числу так называемых «семинарских» фамилий, которые давали выпускникам духовных училищ. По этой гипотезе, фамилию образовали от топонима Карнак — египетской деревни к северу от Луксора, на месте древних Фив. Однако эта версия слаба: семинарские фамилии обычно имели книжный, латинизированный или грецизированный вид (например, Карнацкий или Карнаков), а форма на -ев для них нетипична. К тому же сам топоним Карнак слишком далёк от русского быта, чтобы стать основой для массового прозвища.

Таким образом, наиболее вероятно, что фамилия Карнаев — потомок прозвища, данного либо по ремеслу (портной, цирюльник), либо по росту (короткий, низкий). В любом случае, это живая народная фамилия, а не кабинетное изобретение.