Фамилия Сатенаев звучит непривычно для русского уха, и это подсказка: её корни, скорее всего, не в славянской среде. Основа фамилии — личное имя или прозвище Сатенай. В нём отчётливо видна тюркская модель: конечное -ай характерно для многих тюркских имён (например, Алтай, Каратай, Кубай). Вероятнее всего, имя Сатенай составное: первая часть может восходить к «сат» — «продавать» (в значении «проданный», «отданный» — так называли ребёнка, рождённого после смерти предыдущих детей, чтобы «обмануть» злых духов), либо к «саты» — «подарок». Вторая часть -най — это уменьшительно-ласкательный аффикс, который часто встречается в башкирской, татарской и казахской антропонимии.

Фамилия образована по русской модели: к основе Сатенай прибавлен патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Сатенаев буквально означает «сын Сатеная». Такое оформление — типичный случай, когда нерусское имя попало в официальные документы после крещения или переписи, и ему придали стандартную русскую фамильную форму. Это говорит о том, что предок носителя фамилии жил в зоне активного контакта русского и тюркского населения, скорее всего, в Волго-Уральском регионе (территории современных Татарстана, Башкортостана, Оренбуржья).

Фамилия редкая, в дореволюционных списках почти не встречается, что неудивительно: она могла возникнуть в локальной среде, в одном селе или роду, и не успела широко распространиться. В современных базах данных Сатенаевы фиксируются преимущественно в Оренбургской области и Башкортостане — это подтверждает тюркский след. Сословно предки, вероятно, были государственными или ясачными крестьянами, либо тептярами — категорией населения, платившей подати и говорившей по-тюркски. Дворянских родов с такой фамилией не известно.