Фамилия Тынаев образована от прозвища или древнего личного имени Тынай. Основа «тын» в русских диалектах имеет несколько значений: частокол, забор, ограда из кольев, а также защищённое место, тын — это и крепостная стена. В переносном смысле прозвище Тынай могли дать человеку высокому, прямому, «стоящему как тын», либо тому, кто жил за крепким забором, в огороженном дворе, или даже строителю таких оград. Менее вероятна, но допустима связь с тюркскими языками, где «тын» означает «спокойствие», «дыхание» или «жизнь», и Тынаем могли назвать ребёнка с пожеланием долгой жизни, но это уже другая этноязыковая линия.

Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Тынаев — «сын Тыная». По модели образования фамилия относится к типичным русским патронимическим фамилиям, но с нестандартной основой. Схожие по словообразованию фамилии — Тынов, Тынин, Тынков — встречаются редко, что говорит об узком ареале бытования. Тынаевы, скорее всего, происходят из северных или центральных областей России, где слово «тын» было в активном обиходе, или из регионов с тюркским влиянием, где имя Тынай могло быть заимствовано.

Разбор фамилии не даёт однозначной сословной привязки: Тынаевы могли быть как крестьянами, жившими за тыном, так и служилыми людьми, охранявшими острожные стены. В дошедших до нас переписях XVII–XVIII веков фамилия не фиксируется массово, что типично для редких прозвищных образований. Исследователи русских фамилий, в том числе Б. Унбегаун, отмечают, что фамилии на «-ай» часто имеют диалектное или тюркское происхождение, и Тынаев — яркий пример, где обе версии имеют право на существование, но бытовая, русская — с «тыном» — выглядит более прямой и объяснимой для носителя языка.

Таким образом, фамилия Тынаев происходит от прозвища Тынай, которое, скорее всего, описывало внешность человека (высокий, прямой) или его занятие (строитель оград, сторож). Это одна из тех редких фамилий, где основа сохранила устаревшее, но понятное русское слово.