Фамилия Карнеев образована от производной формы крестильного имени Корнелий, которое в переводе с латинского означает «рог». В основу фамилии легла форма Карней, возникшая под влиянием акающих говоров, где безударное «о» перешло в «а». Суффикс -ев указывает на принадлежность: Карнеев — «сын Карнея». Такая модель типична для русских фамилий, сформировавшихся из отчеств.

Имя Корнелий носил римский сотник, который, по Евангелию, стал свидетелем страданий Иисуса, после чего уверовал и заключил: «Истинно Человек этот был праведником!». Православная церковь чтит память святого Корнелия Сотника 3 декабря. Таким образом, фамилия Карнеев восходит к церковному имени, которое в народной среде приобрело упрощённую форму.

В отличие от более распространённых фамилий, образованных от полной формы имени (Корнеев, Корнилов), вариант Карнеев встречается реже. Он характерен для южнорусских и белорусских земель, где аканье было особенно сильным. Это делает фамилию ценной с точки зрения диалектной истории: по ней можно проследить, как на письме закрепилось местное произношение.

Среди носителей фамилии известны Захар Яковлевич Карнеев (1747–1828), занимавший посты орловского вице-губернатора, правителя Казённой палаты, губернатора в Минске, а позже ставший действительным статским советником, членом Государственного Совета и сенатором. Другой заметный представитель — Аким Егорович Карнеев (1831–1896), академик исторической живописи. Оба примера показывают, что фамилия бытовала в разных сословиях: от государственной службы до художественной среды.