Фамилия Панай звучит необычно для русского уха, и это не случайно: её корни лежат в греческом языке. В основе фамилии лежит греческое имя Панайотис (Παναγιώτης), что переводится как «всесвятой». Это имя образовано от слов «пан» (весь) и «агиос» (святой) и является одним из самых распространённых греческих имён, связанных с почитанием Богородицы (Панагия — Всесвятая). Фамилия Панай — это, скорее всего, усечённая форма этого имени, характерная для греческой ономастики, где длинные имена часто сокращали до коротких, удобных в быту.

По суффиксальной модели фамилия не имеет привычных русских окончаний -ов, -ин или -ский. Это указывает на то, что фамилия закрепилась в такой форме уже в греческой среде. В русском языке она осталась без изменений, как заимствование. Носители фамилии Панай — это, как правило, потомки греков, которые переселились на территорию Российской империи. Массовые миграции греков происходили в XVIII–XIX веках, особенно после русско-турецких войн, когда греческие общины оседали в Причерноморье, Крыму, на Кубани и в южных портовых городах (Одесса, Мариуполь, Таганрог). Поэтому фамилия Панай географически привязана к югу России и Украины.

Стоит отметить, что в греческом языке ударение в фамилии падает на последний слог — Пана́й. В русском быту ударение могло сместиться, но исходный вариант сохраняется в семьях, помнящих о своих корнях. Встречается и вариант написания с двумя «н» — Панайи, но форма Панай встречается чаще. Фамилия не имеет отношения к цыганскому или румынскому языкам, хотя внешне может напоминать фамилии балканского происхождения. Это типичный случай, когда одно слово — имя-прозвище — стало фамилией целого рода, сохранив память о греческом происхождении предков.