Фамилия Карнаева чаще всего образована от прозвища Карнай. В его основе лежит глагол «карнать» — «обрезать, остригать, укорачивать». Скорее всего, предок носителя этой фамилии занимался ремеслом, связанным с кроем или стрижкой: был портным, скорняком или парикмахером. Однако в некоторых говорах существовало и прилагательное «карный» — «малорослый, низкий, короткий». В таком случае Карнаем могли прозвать невысокого, приземистого человека, и фамилия закрепилась за его потомками уже по этой внешней примете.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Карнаева — дочь или жена Карная, а в более широком смысле — потомок этого человека. Модель образования типична для русских фамилий, где основой стало личное прозвище, а не крестильное имя.

Существует и другая версия, но она менее правдоподобна. Согласно ей, фамилия относится к числу «семинарских» — искусственных, которые давали выпускникам духовных училищ по названиям библейских или древних мест. В этом случае её связывают с топонимом Карнак — египетской деревней к северу от Луксора, расположенной на месте древних Фив. Карнак занимает часть территории храма Амона-Ра, строившегося с XX века до нашей эры. Однако для России такая связь экзотична: семинарские фамилии чаще образовывали от греческих или латинских корней, а египетский топоним — редкость. Поэтому версия с прозвищем Карнай выглядит убедительнее и естественнее для русской ономастики.