Фамилия Касаинов — редкий случай, когда основа, скорее всего, тюркская, а суффикс — русский, что указывает на давние контакты культур на южных рубежах России. В основе лежит личное имя Касаи (или Касай), которое восходит к арабскому «Касим» (قسيم) — «разделяющий», «распределяющий», «щедрый». В тюркской среде имя претерпело фонетические изменения: конечный «м» перешёл в «н», а гласный «и» стал более открытым. Это характерно для казахского, ногайского и башкирского языков, где имя Касай (или Косай) встречается как самостоятельное или как вариант имени Касым.

Модель образования фамилии — классическая русская: к основе Касаи(н) добавили притяжательный суффикс -ов, означающий «чей?» — «сын Касая». Двойное «и» в корне (Каса-и-нов) — результат адаптации тюркского произношения к русской письменности. Если бы фамилия формировалась в самой тюркской среде, она звучала бы как Касайулы или Касай-оглы. Суффикс -ов здесь — маркер того, что носители фамилии обрусели или были записаны в документах русскими писцами, вероятно, в XIX веке, при массовом учёте населения.

Географически фамилия Касаинов тяготеет к Оренбуржью, Астраханской области, Башкортостану и северо-западному Казахстану. Предки носителя этой фамилии могли быть казахами, башкирами или татарами, перешедшими в оседлость. Сословно — скорее всего, государственные крестьяне или казаки, так как в этих регионах тюркские имена часто фиксировали в казачьих станицах и приписных селениях. Встречается также написание Касаинов с одной «с» (Касаинов) — это менее распространённый, но равноправный вариант, возникший из-за упрощения двойной гласной при переписи.

Других версий происхождения, кроме тюркско-арабской, у фамилии нет — попытки связать её с русским словом «касание» или «коса» неубедительны, так как суффикс -инов в русских фамилиях не образуется от глагольных основ.