Фамилия Носаев происходит от прозвища Носай, которое, в свою очередь, образовано от слова «нос». Чаще всего такое прозвище закреплялось за человеком с большим или иным ярко выраженным носом, то есть указывало на внешнюю особенность предка. Это одна из самых распространённых моделей возникновения русских фамилий: сначала прозвище, потом имя в быту, и лишь затем — наследственная фамилия.

Стоит заметить, что прозвища с корнем «нос» встречались на Руси повсеместно и в разных формах. В труде С. Б. Веселовского «Ономастикон» зафиксировано множество таких примеров: Григорий Андреевич Большой Нос Колычев (начало XVI века), князь Федор Семенович Дубовый Нос Шехонский (вторая половина XV века), Носакин Антон Васильевич (1590 год, Владимир), Носенок Степан, крестьянин (1627 год, Белев), Носко, крестьянин (XVI век, Новгород), Носырь Андреевич Вельяминов (середина XVI века), Герасим Носырев, посадский человек (1636 год, Тотьма). Как видно, прозвища от «носа» давали людям разных сословий — от князей до крестьян, и география их широка: от Новгорода до Тотьмы.

Фамилия Носаев образована по типичной модели с суффиксом -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный или на й. В данном случае основа — Носай, поэтому потомки человека с таким прозвищем получали отчество-фамилию Носаев, то есть «сын Носая». Форма Носай встречается реже, чем Носко или Нос, но она органично вписывается в ряд подобных прозвищных имён. Сравните с фамилиями Носакин, Носенков, Носырев — все они восходят к разным вариантам одного корня, но Носаев выделяется именно суффиксальной моделью, указывающей на конкретную форму прозвища.

Таким образом, родоначальник фамилии Носаев — человек, которого в своём окружении знали как Носая. Прозвище закрепилось за ним как наиболее употребительное именование, а со временем легло в основу фамилии, которую унаследовали его потомки.