Фамилия Нартаева образована от мужского имени Нартай. Это имя, в свою очередь, сложено из двух тюркских основ: «нар» (верблюд, переносно — силач, богатырь) и «тай» (жеребёнок, а в именах — уменьшительно-ласкательный суффикс, указывающий на молодость). Имя Нартай буквально можно перевести как «крепкий, как верблюд», «богатырь» или «смелый юноша». Подобные составные имена с компонентом «нар» (например, Нарбай, Нармат) широко распространены у казахов, башкир, татар и других тюркских народов.

Фамилия Нартаева — это типичная патронимическая фамилия, построенная по русской модели: к основе Нартай добавлялся суффикс -ев (после основ на -й). Суффикс -ев указывает на принадлежность: Нартаев — «сын Нартая». В женском роде фамилия принимает окончание -а. С точки зрения географии, фамилия чаще всего встречается в Казахстане и среди татарского населения России, особенно в Оренбургской и Астраханской областях, а также в Башкортостане.

В дореволюционной России фамилии на -ев у тюркских народов закреплялись в основном в XIX веке, во время массовой паспортизации и переписей. Предки современных Нартаевых, скорее всего, были скотоводами или земледельцами, а прозвище-имя Нартай мог получить родоначальник, отличавшийся физической силой или упорством. Редкость фамилии в центральной России объясняется её чёткой региональной привязкой к тюркоязычным регионам.

Интересно, что фамилия Нартаева легко путается с похожими по звучанию — например, с Нарытаевой (от «нары» — носилки) или Нартовой (от русского имени Нарт). Однако корень «нар» в данном случае — именно тюркский, а не русский, что сразу отличает её от фамилий, образованных от диалектных русских прозвищ.