Фамилия Сартаева образована от мужского имени или прозвища Сартай. Основа здесь — тюркское «сарт», которое в дореволюционной Средней Азии имело сложную этносоциальную нагрузку. Сартами называли оседлое население, говорившее на тюркских языках, — в отличие от кочевников. Слово могло означать и просто «купец», «торговец», поскольку сарты славились как искусные негоцианты на Великом шёлковом пути. Таким образом, прозвище Сартай мог получить либо человек, принадлежавший к этой этнической группе, либо тот, кто занимался торговлей, либо просто носивший характерную внешность или одежду. Суффикс -ай в тюркских именах — ласкательный или уменьшительный, так что Сартай — это скорее «маленький сарт» или «сартёнок», что типично для прозвищ, данных по происхождению отца.

Модель образования фамилии — притяжательный суффикс -ев, который в русской ономастике присоединяется к основам на мягкий согласный или -й. Сартай превратился в Сартаев, а затем женская форма Сартаева закрепилась как фамилия по отцу. Такая модель характерна для русских фамилий, возникших в среде крещёных татар, башкир или других тюркских народов Российской империи в XVIII–XIX веках. Фамилия не дворянская и не княжеская — она бытовая, прозвищная, указывающая на происхождение предка.

Географически фамилия Сартаева чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях, а также среди казахов. В казахском языке слово «сарт» тоже было в ходу, но с оттенком «хитрый», «ловкий», что могло дать прозвище с иной окраской. Однако для русской фамилии первична именно тюркская этническая основа, а не казахская диалектная.

Встречается также вариант написания Сартаев (мужская форма) и Сортаева — возможное искажение при переписи или диалектное произношение. В целом фамилия редкая, не входит в сотни самых распространённых, но её носители встречаются в Поволжье и на Урале. Разобрать её однозначно помогает знание тюркской ономастики: это не географическое название и не профессиональное ремесло, а метка происхождения, которую предок получил в среде, где «сарт» было бытовым маркером.