Фамилия Кирнаев образована от прозвища или нецерковного имени Кирнай. В её основе лежит тюркское слово «кырнай» — так называют казахский или ногайский духовой инструмент, похожий на рожок. В переносном смысле прозвище Кирнай могли дать музыканту, трубачу или просто человеку с громким, зычным голосом. В славянской среде Поволжья и Приуралья, где контакт с тюркскими народами был обычным делом, такие прозвища не редкость.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий от основ, оканчивающихся на «й». То есть Кирнай → Кирнаев означает «сын Кирная» или «из рода Кирная». Фамилия фиксируется в документах с XVII–XVIII веков, преимущественно среди служилых людей и крестьян юго-восточных губерний — например, в Казанской, Оренбургской, Симбирской.

Есть и альтернативная, менее вероятная версия: происхождение от уменьшительной формы имени Корней (Кирнай как вариант Кирюша, Кирсан). Однако она не объясняет тюркского звучания корня и не подтверждается географией фамилии, которая сосредоточена в районах, где русские соседствовали с тюрками.

С точки зрения словообразования, Кирнаев — «топорная» фамилия: основа ясна, суффикс стандартный, без редких морфем. Её отличает от однокоренных (Кирнасов, Кирназов) именно инструментальная семантика, а не этническая или личная характеристика. Носители фамилии сегодня встречаются в Поволжье, на Урале и в Сибири — что совпадает с историческими маршрутами переселения русских крестьян.