Фамилия Нестерои звучит для русского уха необычно, но её происхождение, скорее всего, связано с греческим именем Нестор. В основе лежит каноническое мужское имя Нестор, которое в переводе с древнегреческого означает «возвратившийся домой» или «вернувшийся с победой». Имя это было известно на Руси благодаря летописцу Нестору, автору «Повести временных лет», и считалось книжным, монашеским. Однако отчество от него образовывалось по обычной модели — Нестеров сын, то есть сын Нестора.

Ключевая особенность фамилии Нестерои — это её окончание. В русском языке фамилии на -ой характерны для южных и западных регионов, а также для украинской и белорусской традиции. Суффикс -ой здесь — это усечённый вариант притяжательного прилагательного: Нестеров → Нестерой. По сути, это та же самая модель, что и в фамилиях Толстой, Благой или Косой, где окончание указывает на признак, свойство. В случае с Нестерои — это «принадлежащий Нестору» или «относящийся к Нестору».

Вероятно, фамилия закрепилась в форме, близкой к диалектному произношению. В говорах, где аканье было сильным, «Нестеров» могло звучать как «Нестерой», и это фонетическое написание со временем стало официальным. Встречаются также варианты Нестеров, Несторов, Нестеровский, но форма Нестерои — самая редкая и географически привязанная.

По социальному происхождению носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или мещанами, так как дворянские фамилии в такой форме почти не фиксируются. Фамилия не указывает на конкретное ремесло или прозвище, а только на имя отца, что типично для массового образования русских фамилий в XVII–XIX веках. Сегодня фамилия Нестерои встречается очень редко, преимущественно в южных областях России и на Украине, что подтверждает её локальный характер.