Фамилия Цэрабаев — редкая, и её разбор сразу уводит из центральной России на южные или восточные окраины бывшей империи. Основа фамилии не славянская, что видно по корню «Цэра-»: такого слова в русских говорах нет. Скорее всего, перед нами русифицированная версия фамилии с тюркским или кавказским корнем.

Словообразовательная модель проста: к основе «Цэрабай» добавили русский патронимический суффикс «-ев», указывающий на принадлежность («чей?» — Цэрабаев). Суффикс «-ев» встал после твёрдого согласного «б» вместо обычного «-ов» по фонетическим причинам — так фамилия легче произносится. Сама основа «Цэрабай» — это сложное имя или прозвище. Первая часть «цэра» может восходить к тюркскому «чера» или «чара» (сила, мощь, иногда — сосуд, мера), либо к осетинскому «цæра» (живущий, обитающий). Вторая часть «-бай» — типичный тюркский компонент, означающий «богач», «господин», «хозяин». В прошлом «бай» было не фамилией, а титулом или частью имени, указывавшей на состоятельность или уважение.

Таким образом, Цэрабай могло быть составным личным именем со значением «могущественный господин» или «богатый житель». Фамилию от него получили потомки того человека — «дети Цэрабая». Географически фамилия тяготеет к регионам, где смешивались тюркские и кавказские народы: Осетия, Кабардино-Балкария, Чечня, а также южные степи России. Встречаемость крайне низкая, что говорит о локальном происхождении — возможно, от одного родового клана.

Сословная принадлежность предков-Цэрабаевых неясна, но «бай» в составе имени намекает на то, что основатель рода не был бедняком. В тюркской среде такие имена давали детям в семьях зажиточных скотоводов или воинов. При переходе в русскую документацию фамилию записали на слух, поэтому возможны варианты написания: Церабаев, Царабаев, Цырабаев. Современный вариант закрепился случайно — как услышал писарь.