Фамилия Сунаев ставит перед исследователем загадку: её основа неочевидна, а география бытования подсказывает, что корни могут лежать в разных языковых традициях. В отличие от множества фамилий на -ов, образованных от христианских имён (Иванов, Петров), Сунаев явно происходит от прозвища или имени, не связанного с церковным календарём.

Самый вероятный путь — тюркское происхождение. В башкирском, татарском и казахском языках есть слово «суна» — так называют самца утки, селезня. Прозвище Сунай могли дать человеку за какую-то внешнюю черту (например, за манеру ходить вразвалку) или за особую стать. Суффикс -ев указывает на русскую модель образования: «чей?» — Сунаев, то есть сын или потомок Суная. Такие фамилии массово возникали у крещёных татар и башкир, а также у русских, живших в тесном соседстве с тюркскими народами.

Менее распространённая, но возможная версия — связь с монгольским «суна» или «сунай», что может означать «хороший», «добрый». В этом случае фамилия могла появиться у калмыков или бурят, перешедших на русскую фамильную модель. Однако для европейской части России тюркская версия с «селезнем» выглядит убедительнее.

Сама модель — основа на -ай и суффикс -ев — характерна для фамилий, образованных от тюркских имён и прозвищ (ср. Алдаев, Кудаев, Токаев). В русской среде такие фамилии нередко получали искажение при записи в церковных книгах, поэтому нельзя исключать, что первоначально прозвище звучало как Сунай, а фамилия закрепилась в форме Сунаев.

Исторически носители фамилии Сунаев — это, скорее всего, крестьяне или служилые люди из Поволжья, Приуралья или Западной Сибири, где смешение русских и тюркских народов было особенно интенсивным. Дворянских родов с такой фамилией в дореволюционных родословных книгах не зафиксировано: это фамилия простонародная, «полевая», что только добавляет ей ценности как слепку реальной жизни нескольких столетий назад.