Фамилия Санатырев — одна из тех, где корень угадывается не сразу, а при ближайшем рассмотрении оказывается связан с тюркскими языками. Основа здесь — слово «санат» или «санаты», которое в ряде тюркских наречий означает «ремесло», «мастерство», «искусство». Соответственно, прозвище Санатырь могли дать человеку искусному, умелому ремесленнику, мастеру своего дела. В русской среде такое прозвище легко прирастало суффиксом -ев, образующим притяжательные фамилии: Санатырев буквально значит «сын Санатыря» или «из рода Санатыря».

Модель образования типична для русских фамилий XVI–XVII веков, когда активно шло «обрусение» тюркских прозвищ. Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный (в имени Санатырь конечный «рь» мягкий). Это косвенно подтверждает, что прозвище бытовало в устной речи именно в форме Санатырь, а не, скажем, Санатыр. Важно и то, что фамилия довольно редкая и географически привязана к регионам, где исторически было сильное тюркское влияние — Поволжье, Приуралье, южные уезды России. Встречается она и среди крестьян, и среди мещан, но сословной привязки не имеет: ремесленником мог быть кто угодно.

Иногда пытаются связать фамилию с греческим «санаторий» или латинским «sanitas» (здоровье), но это лингвистически слабая версия: суффикс -ырев для заимствований из европейских языков нехарактерен, а форма Санатырь не встречается в документах как имя или прозвище до XIX века. Гораздо правдоподобнее тюркский след, который подтверждается и тем, что в русских говорах слово «санатырь» иногда фиксировали как «ловкий, умелый человек». Так что предки современных Санатыревых, скорее всего, были мастерами — плотниками, кузнецами, гончарами, чьё прозвище закрепилось за родом и дошло до наших дней.