Фамилия Кайнарбаев — яркий пример того, как географический объект становится родовым именем. Её основа — тюркское слово «кайнар», что в переводе с казахского, киргизского и ряда других языков означает «кипящий», «бурлящий», «бьющий ключом». Чаще всего так называют родник, источник, особенно горячий или минеральный. В топонимике Центральной Азии и Южного Урала немало урочищ, рек и сел с названием Кайнар или Кайнарбай (где «бай» — «богатый», «хозяин»). Таким образом, первому носителю фамилии дали прозвище по месту жительства — у бурного ключа или в местности, богатой родниками.

Фамилия образована по стандартной для тюркских языков модели: к основе «Кайнар» добавляется компонент «бай» (в значении «господин», «владелец»), а затем русский суффикс принадлежности «-ев». Это типичный случай адаптации национальной фамилии к русской грамматике в период активной русификации документов в XIX — начале XX века. В оригинале фамилия могла звучать как Кайнарбайулы (сын Кайнарбая) или просто Кайнарбай.

С точки зрения социальной истории, предки Кайнарбаевых, скорее всего, были скотоводами или земледельцами, жившими вблизи водного источника. Наличие в фамилии компонента «бай» не обязательно указывает на богатство — в народной среде это был уважительный титул, который могли дать зажиточному или авторитетному человеку. Встречается фамилия преимущественно у казахов, киргизов и башкир, что отражает ареал распространения тюркской топонимики с корнем «кайнар».

Интересная деталь: в отличие от многих «географических» фамилий, которые застыли в форме прилагательного (например, Горский), фамилия Кайнарбаев сохранила архаичную конструкцию с личным именем-прозвищем. То есть, по сути, это не «человек из Кайнара», а «потомок того самого Кайнарбая» — владельца или обитателя источника. Такая форма встречается реже и делает фамилию более древней по модели образования.