Фамилия Панаева напрямую связана с церковным именем Аполлинарий, которое переводится с латыни как «принадлежащий Аполлону». Однако путь от этого торжественного имени до привычной нам фамилии не был прямым. В народе громкое и длинное Аполлинарий часто сокращали и переделывали на свой лад, и одной из таких просторечных форм стало имя Панай. Именно оно, а не полная форма, и легло в основу фамилии: потомка человека по имени Панай со временем стали записывать как Панаева.

Словообразовательная модель здесь классическая для русских фамилий: к личному имени или прозвищу добавляли притяжательный суффикс -ев, который указывал на принадлежность («сын такого-то»). Так что изначально Панаев — это буквально «сын Паная». Суффикс -ев, а не -ов, подсказывает, что основа заканчивалась на мягкий согласный или на й, что как раз и характерно для формы Панай.

Сам корень уводит нас в античную мифологию: Аполлон — древнегреческий бог света и покровитель искусств. Имя Аполлинарий было распространено в Византии и пришло на Русь вместе с христианством, но в крестьянской и мещанской среде прижилось именно в усечённом, «домашнем» виде. Такая судьба постигла многие церковные имена: их сокращали до одного-двух слогов, и эти короткие формы становились самостоятельными именами, а затем и фамилиями.

Среди носителей этой фамилии особенно известен Иван Иванович Панаев (1812–1862), русский писатель и журналист. Его ранние прозаические опыты — «Спальня светской женщины», «Она будет счастлива», «Сегодня и завтра» — типичные «светские повести», заметно окрашенные влиянием Марлинского. Но уже вскоре Панаев отошёл от романтических штампов и перешёл к бытовым нравоописательным очеркам и рассказам, черпая темы из жизни мещанской и чиновничьей среды. Именно в этом ключе написаны его «Кошелёк» и «Прекрасный человек».

Стоит отметить, что фамилия Панаева встречается и в женском роде, что естественно для русской традиции: жена или дочь Панаева получала форму Панаева. В истории литературы известна Авдотья Яковлевна Панаева, гражданская жена Н. А. Некрасова, которая сама писала мемуары и романы, — ещё одно напоминание о том, что фамилия прочно связана с русской культурой XIX века.

Если говорить о географии, то фамилия распространена в центральной России, и её носители встречаются в основном среди потомков духовенства и мещанства, где церковные имена были особенно употребимы. Впрочем, точных статистических данных по распространённости нет, и полагаться здесь можно только на общие закономерности русской ономастики.