Фамилия Онтаева образована от мужского имени или прозвища Онтай. Словообразовательная модель здесь одна из самых распространённых в русской ономастике: суффикс -ев присоединялся к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или -й. В данном случае основа — Онтай, поэтому и возникло написание через «е», а не через «ов». Это фамилия на -ев, а не на -ов, что сразу указывает на её происхождение от личного имени или прозвища, а не от географического названия, например.

Само имя Онтай — тюркского происхождения, широко бытовавшее у татар, башкир и других народов Поволжья и Урала. В тюркских языках «он» означает «десять», а «тай» — жеребёнок, молодняк. В прямом значении «онтай» — это десятимесячный жеребёнок, а в переносном — подросший, окрепший юноша, почти взрослый. Имя давали мальчикам с пожеланием силы и выносливости, как у молодого коня. Встречается и вариант Онта, Онтай — как ласкательная форма от более длинных имён, например, Онтагир.

Фамилия Онтаева — женская форма, мужская — Онтаев. Она характерна для татарской и башкирской среды, но встречается и у русских, особенно в регионах, где веками происходило смешение народов: в Оренбуржье, Башкортостане, Татарстане, Челябинской области. В русских документах фамилия фиксируется с XVIII–XIX веков, когда крестьянам и служилым татарам начали массово присваивать фамилии по отцу. Онтаевы могли быть как рядовыми общинниками, так и представителями служилого сословия — например, толмачами или казаками.

Редкость фамилии в том, что она сохранила архаичную тюркскую основу, почти не встречающуюся в современных личных именах. Онтай как имя сегодня практически вышло из употребления, но фамилия осталась живым свидетельством того, как называли детей в прошлом. Если искать однокоренные фамилии, то Онтаев, Онтаева — единственная распространённая форма; варианта Онтаевский или Онтайкин почти не бывает.