Фамилия Нуртанаев явно тюркского происхождения, и её разумнее всего начинать разбирать с корня «Нур». В переводе с арабского, а через тюркские языки, «нур» означает «свет», «сияние», «луч». Это один из самых распространённых компонентов в мусульманских именах, часто встречающийся у татар, башкир, казахов, народов Кавказа. Вторая часть — «танай» или «тан», что может восходить к тюркскому слову со значением «рассвет» или «утро». Таким образом, в основе фамилии лежит составное личное имя Нуртан (или Нуртанай), которое можно истолковать как «свет утра» или «утреннее сияние».

Суффикс «-ев» указывает на русскую модель образования фамилий от иноязычных основ. В среде татар и башкир, где фамилии часто русифицировали, к имени отца добавляли именно этот суффикс: Нуртанай → сын Нуртаная → Нуртанаев. Встречаются и варианты с окончанием «-ов» (Нуртанаов), но форма на «-ев» более типична для имён, оканчивающихся на мягкий согласный или «й».

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью. Наибольшая концентрация носителей фиксируется в Башкортостане, Татарстане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречается она и у казахов, но реже: у них фамилии чаще образуются без русского суффикса (просто Нуртан). Поэтому можно с высокой вероятностью предположить, что предки современного Нуртанаева были татарами или башкирами, принявшими фамилию по отцу при переходе к оседлому образу жизни или при переписях XIX — начала XX века.

С точки зрения социального контекста, фамилия не указывает на конкретное ремесло или сословие. Она образована от личного имени, а не от прозвища или профессии. Это значит, что предок, давший фамилию, был просто человеком по имени Нуртан, без привязки к роду занятий. В ономастических справочниках эта фамилия не отмечена как дворянская или купеческая — скорее всего, она принадлежала к крестьянскому или мещанскому сословию, что типично для массовых фамилий тюркского корня в России.

Если сравнивать с однокоренными, то ближайшая параллель — фамилия Нуртдинов, где вторая часть «дин» (вера) даёт значение «свет веры». Нуртанаев стоит несколько особняком: «танай» — более редкая основа, что делает фамилию менее распространённой, но при этом более конкретной по смыслу, связанной со светом физическим, утренним, а не с религиозным понятием.