Фамилия Зулькарнаев — один из тех случаев, когда древнее арабское имя стало основой для родового прозвания, закрепившегося на русской почве. Её исходная форма — мужское имя Зулькарнай (араб. ذو القرنين, Зу-ль-Карнайн), что буквально означает «двурогий». В исламской традиции это прозвище связано с легендарным правителем, обладавшим великой мудростью и властью; считается, что под этим именем в Коране упоминается Александр Македонский или некий древний царь, построивший стену против народов Гога и Магога.

По своей словообразовательной модели фамилия Зулькарнаев — типичная патронимическая форма: к основе имени Зулькарнай добавлен русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?»). Так в XV–XVII веках оформляли фамилии у служилых людей тюркского и восточного происхождения, переходивших на русскую службу. Корни фамилии уходят в среду выходцев из Золотой Орды — потомков печенегов, половцев или татарской знати, которые после распада Орды поступали на службу к московским государям. Многие такие роды влились в состав русского дворянства, и фамилия Зулькарнаев — один из памятников этого процесса.

При этом не стоит думать, что все носители фамилии обязательно потомки аристократии. Значительная часть Зулькарнаевых — это татары, башкиры и другие тюркские народы России, у которых фамилия закрепилась в более позднее время, уже после массового перехода к русскому типу именования в XIX–XX веках. Встречается она чаще всего в Татарстане, Башкортостане и среди казанских татар, а также у ногайцев. В русском просторечии имя Зулькарнай иногда сокращали — отсюда возможны варианты Зулькарнаев и Зулькарняев (с «я» вместо «а» в последнем слоге).

Таким образом, фамилия Зулькарнаев соединяет в себе арабскую корневую основу с восточной мифологической подоплёкой и русскую модель фамильного суффикса, а её география указывает на устойчивую связь с тюрко-мусульманской средой Поволжья и Приуралья.