Фамилия Нанаев — редкий случай, когда основа настолько коротка, что её легко принять за искажение или опечатку более распространённых фамилий. Но это самостоятельная и, скорее всего, очень древняя фамилия, образованная по простой и ясной модели: корень «Нана» плюс типичный русский фамильный суффикс «-ев», указывающий на принадлежность («чей?» — Нанаев, то есть сын Наны).

Ключевой вопрос — что значит основа «Нана». Здесь возможны два основных пути, и оба ведут в разные эпохи. Первый и самый прямой: «Нана» — это краткая форма личного имени. В дохристианской и раннехристианской Руси было распространено имя Нан (мужское) или Нана (женское). Словарь древнерусских личных имён фиксирует такие формы как производные от более полных имён (например, от Иван — через форму Ваня, или от Нан — как самостоятельное имя). В этом случае Нанаев — типичное «отчество» от прозвища или уменьшительного имени, которое давали ребёнку в семье. Фамилия могла закрепиться за потомками человека по прозвищу Нана.

Вторая версия — тюркская. У многих тюркских народов (татар, башкир, казахов) слово «нана» означает «мать», «бабушка» или является почтительным обращением к старшей женщине. Фамилия Нанаев могла возникнуть в среде крещёных татар или башкир как русифицированная форма отчества от прозвища Нанай (то есть «мамин», «бабушкин» — ласковое или уважительное прозвище). Эта версия правдоподобна, если учесть, что фамилии на «-ев» у тюркских народов — обычное явление при переходе в русскую культуру.

Географически фамилия Нанаев крайне редка и не имеет выраженного «гнезда» в одном регионе. Встречается рассеянно, чаще в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает её возможное тюркское происхождение. Носители фамилии — это, скорее всего, потомки крестьян или служилых людей, получивших фамилию по имени или прозвищу предка. Никаких дворянских родов с этой фамилией не известно, что типично для фамилий, образованных от простонародных прозвищ.

Интересная деталь: ударение в фамилии плавающее. Можно услышать и Нана́ев (с ударением на второй слог, как у большинства фамилий на «-аев»), и На́наев (с ударением на первый слог, что ближе к тюркскому произношению основы). Второй вариант, возможно, более архаичный и точный.

Таким образом, фамилия Нанаев — это либо потомок человека с редким древнерусским именем Нан, либо русифицированное тюркское отчество от почтительного прозвища «мать» или «бабушка». Обе версии ведут в глубокую старину, и без генеалогического исследования конкретной семьи выбрать между ними невозможно.