Фамилия Упаев происходит от прозвища Упай, которое носил основатель рода. В основе прозвища лежит название древнего башкирского племени епай, которое также упоминается в формах «упай» и «юпай». Скорее всего, первого Упаева так прозвали потому, что он сам был выходцем из этого племени, либо долгое время жил среди его представителей и был тесно с ними связан. Такая модель, когда русское население давало прозвища по этнической принадлежности соседей, была широко распространена в Поволжье и Приуралье, где русские земли вплотную соприкасались с башкирскими кочевьями.

Разбирая словообразовательную модель, видим типичный патронимический суффикс -ев, который присоединялся к основам на мягкий согласный. Первоначально Упаевым называли сына, внука или более отдаленного потомка человека по прозвищу Упай. Со временем, когда прозвище закрепилось за семьей и перестало напрямую связываться с конкретным человеком, оно превратилось в наследственную фамилию. Произошло это не ранее XVI–XVII веков, когда у русских крестьян и служилых людей начали массово формироваться родовые именования.

Стоит оговориться: версия о связи с башкирским племенем — основная, но не единственная. В некоторых говорах прозвище Упай могло иметь и чисто бытовую основу, например, восходить к диалектному глаголу со значением «упасть», «споткнуться», характеризуя неуклюжего человека. Однако эта гипотеза выглядит менее убедительной: слишком уж точное совпадение с реально существовавшим этнонимом. Поэтому связь с племенем епай остается приоритетной.

География бытования фамилии сегодня не привязана строго к одному региону, но исторически ее корни следует искать на юго-восточной границе русского расселения — на территории современных Башкортостана, Оренбургской и Челябинской областей. Именно там контакты русских и башкир были наиболее интенсивными, и прозвища по этническому признаку возникали естественным образом. Точное место и время возникновения фамилии установить сейчас сложно — процесс шел постепенно, и письменные источники по этой фамилии крайне скудны. Тем не менее, Упаевы — живой памятник сложного переплетения славянской и тюркской культур на Урале, где русская словообразовательная модель соединилась с башкирским именем собственным.