Фамилию Клинаевы не стоит путать с более частыми «географическими» фамилиями вроде Клинский или Клинцов. Её основа — не название города Клин, а прозвище Клинай. Слово «клин» в русских говорах имело два бытовых значения: во-первых, это участок поля, вклинившийся в чужие владения, во-вторых, доля земли при переделе общинных угодий.

Скорее всего, Клинаем звали крестьянина, который либо обрабатывал такой неудобный клинообразный надел, либо получил его по жребию. Прозвище закрепилось за ним как профессиональное именование — по роду занятий или по характерному признаку надела. Реже прозвище могло указывать на место жительства: например, за околицей, на «клину».

Суффикс -ай в прозвищах (ср. Болтай, Ломай, Стреляй) в XVI–XVII веках часто давал начало фамилиям на -аев. Форма Клинаев — стандартная патронимическая модель: «чей?» — Клинаев, то есть сын Клина́я. Ударение, скорее всего, падает на второй слог.

Фамилия редкая, её носители не принадлежали к какому-то одному сословию — в писцовых книгах и ревизских сказках Клинаевы встречаются и среди крестьян, и среди однодворцев южных губерний. В словаре Б. Унбегауна подобные образования отмечены как типичные для восточнославянской ономастики.