Фамилия Колченаева — редкий пример, где основа угадывается не сразу, а при произнесении вслух. Если отбросить окончание -а, типичное для женского варианта, и фамильный суффикс -ев, получим корень «Колчен». Самое прямое и очевидное объяснение — связь с прилагательным «колченогий», то есть хромой, с повреждённой ногой. В русских говорах «колченогий» означало не просто хромоту, а именно неестественное, вывернутое положение конечности, часто после травмы или болезни. Прозвище Колченый или Колченог давали человеку с заметной хромотой, и от этого прозвища по модели «чей будешь?» — Колченаев — образовалась фамилия.

Словообразовательная модель стандартна для русских фамилий: основа на согласный (Колчен) плюс суффикс принадлежности -ев. Интересно, что в старых документах можно встретить варианты написания через «а» — Колчанаев, что может указывать на диалектное произношение: «колченый» в некоторых областях звучало как «колчаный». Однако основной вариант закрепился именно с буквой «е», что подтверждает связь с «колченогий», а не, скажем, с тюркским «колчак» (рукав, ножны), хотя полностью исключать случайное созвучие нельзя.

Фамилия географически привязана к центральным и южнорусским областям. По данным переписей и метрических книг XIX века, Колченаевы встречались в Тамбовской, Рязанской и Воронежской губерниях — регионах, где было развито крестьянское земледелие и где прозвища по физическим особенностям давали часто и без обидного оттенка, просто как отличительный признак. Сословно носители фамилии в подавляющем большинстве — крестьяне, реже мещане. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Стоит упомянуть и альтернативную, менее вероятную версию: от имени Колча (уменьшительное от Николая или Михаила) с суффиксом -ен, но тогда ожидалась бы форма Колченев или Колчаков. Учитывая, что в основе лежит именно качественное прилагательное, версия с прозвищем по хромоте остаётся основной. В любом случае, фамилия Колченаева — наглядный пример того, как русский язык закрепил в фамильном имени бытовую, нелитературную черту внешности предка.