Фамилия Кирнаева — женская форма, мужской вариант — Кирнаев. В её основе лежит редкое прозвище или, что вероятнее, вариант крестильного имени. Словообразовательная модель проста: суффикс -ев присоединён к основе Кирнай, а та, в свою очередь, возникла из имени Кирнай — просторечной, обиходной формы церковного имени Кир (или Кирилл). В русской народной традиции имена нередко усекали и добавляли уменьшительный суффикс -ай: так из Кир получался Кирай, а из Кирна — Кирнай. Вторая часть может восходить и к имени Арнай (от Арсений), но это менее убедительно: слияние «Кир» и «Арнай» в одно имя маловероятно для крестьянской среды.

Более прозаичная версия — прозвище от тюркского слова «кырна» (в некоторых тюркских языках — «резать, кроить»). Тогда Кирнаем могли назвать портного или человека, занимавшегося резьбой по дереву. Однако в русских говорах слово не зафиксировано, а фамилия встречается преимущественно в центральных и южных регионах России, где тюркское влияние было сильным, но не определяющим для прозвищ. Поэтому версия с крестильным именем выглядит предпочтительнее: она объясняет, почему фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ев, а не с тюркскими аффиксами.

География фамилии узкая: основные очаги — Воронежская, Тамбовская и Ростовская области. Это указывает на то, что родоначальник Кирнаевых жил в чернозёмной полосе, возможно, среди однодворцев — потомков служилых людей, которые в XVII–XVIII веках несли сторожевую службу на южных рубежах. Однодворцы часто сохраняли архаичные формы имён и прозвищ, которые в других регионах уже вышли из употребления. Социальный состав — в основном крестьянство, но с возможной примесью мелкопоместных дворян, если верить редким записям в родословных книгах.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых документах встречается Кирнаев (с одним «а») и Кирнаева (соответственно). Ударение падает на второй слог: Кирна́ев. Встречается также вариант Кирнаёв, но он редок и, скорее всего, связан с местным произношением.