Фамилия Нуртанаева — яркий пример тюркского антропонимического наследия, пришедшего в русскую культуру. Её основа — мужское имя Нуртан, которое состоит из двух корней: «нур» (свет, луч, сияние) и «тан» (тело, плоть). В буквальном переводе с казахского и других тюркских языков имя Нуртан означает «сияющее тело» или «лучезарный», что в переносном смысле сходится с арабским понятием «светоч» — человек, несущий свет, просвещение.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам, заканчивающимся на согласный. Сначала возникла форма Нуртанаев — от имени Нуртан. Суффикс -а- в середине (Нуртан-а-ев) — это, скорее всего, адаптация тюркской основы под русское словоизменение или вариант с дополнительным аффиксом принадлежности, характерным для некоторых диалектов. Получившаяся фамилия Нуртанаева — это форма женского рода от Нуртанаев.

Географически фамилия тяготеет к регионам традиционного расселения казахов и татар, особенно к Западному Казахстану, Оренбургской, Астраханской областям России и северным районам Казахстана. Встречается она и у башкир. В отличие от многих русских фамилий, которые закрепились за крестьянами после отмены крепостного права, фамилия Нуртанаева — относительно поздняя, её активное бытование началось в XX веке, когда у кочевых и полукочевых народов появилась паспортная система.

Редкость фамилии в том, что она сохранила прозрачную этимологию: любой носитель тюркского языка без труда поймёт, что его предка звали Нуртан. В отличие от фамилий, где корень со временем стёрся, здесь имя-основа живёт в полной силе. Социально предки могли быть как скотоводами, так и муллами или аксакалами — имя «светоч» давали не случайно, оно подразумевало уважение к человеку.