Фамилия Зулкарняев — редкий случай в русском ономастиконе, указывающий на восточное, скорее всего тюрко-исламское, происхождение. Её основа восходит к арабскому имени Зулькарнайн (араб. ذو القرنين — «обладатель двух рогов»). В Коране так называют праведного правителя, которого отождествляют с Александром Македонским (Искандером Зулькарнайном). Таким образом, в основе фамилии лежит не прозвище или профессия, а личное мужское имя Зулкарняй (Зулькарнай) — народная форма от Зулькарнайн.

Модель образования типична для фамилий, возникших в среде татар, башкир или народов Кавказа, которые входили в состав Российской империи. К имени Зулкарняй добавили русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Получается буквальное значение: «потомок Зулкарняя». Фамилия закрепилась в XIX — начале XX века, когда мусульманам Поволжья, Урала и Кавказа начали массово присваивать фамилии по отцу для учёта в податных списках.

В отличие от фамилий на -ин или -ский, суффикс -ев здесь не несёт географической или сословной нагрузки, а просто оформляет отчество в русскую фамилию. Интересно, что имя-основа Зулькарнайн в исламской традиции имеет положительную окраску — мудрость, сила, справедливость. Поэтому фамилия Зулкарняев не могла возникнуть как обидное прозвище, в отличие от многих русских фамилий от мирских имён.

Географически фамилия встречается в Татарстане, Башкортостане, а также у кавказских народов (особенно у кумыков и ногайцев), где имя Зулькарнай до сих пор бытует. Варианты написания — Зулькарнаев, Зюлкарняев — связаны с передачей арабской буквы «заль» через русскую «з» или «зю». Единого стандарта в метрических книгах XIX века не было, поэтому в документах одной семьи могли писать по-разному.

Сословная принадлежность носителей фамилии, скорее всего, была крестьянской или мещанской. Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не зафиксировано — имя было слишком маркированным как «инородческое», чтобы его взяли для герба.