Фамилия Зулкарняева — редкий случай, когда русский суффикс -ев наращивается на мусульманское имя, причём не арабского, а, скорее всего, тюркского или персидского происхождения. Основа — Зулкарняй, вариант имени Зулькарнайн (араб. ذو القرنين, Зу-ль-Карнайн — «обладатель двух рогов»). В исламской традиции так называют царя, которого отождествляют с Александром Македонским или с праведным правителем, упомянутым в Коране. Однако в быту у татар, башкир, казахов и других тюркских народов это имя давали мальчикам, желая им силы и мудрости, не вкладывая в него прямого коранического смысла.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий: в XIX — начале XX века, когда крестьяне и горожане получали фамилии, к имени отца (Зулкарняй) прибавляли притяжательный суффикс. Зулкарняев — буквально «сын Зулкарняя». Форма Зулкарняева — женская (или исходная, если фамилия не склонялась в документах), но по мужской линии она звучала бы как Зулкарняев.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — регионам компактного проживания татар и башкир. Встречается она редко, в основном в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях. Носители — потомки крещёных или мусульманских татар, которые в ходе русификации получили фамилию по отцу, не меняя имени. В дореволюционных метрических книгах можно найти запись «Зулкарняев» с ударением на последний слог, что подтверждает тюркское произношение основы.

С точки зрения словообразования фамилия примечательна тем, что не прошла через полную адаптацию: корень не был переосмыслен по-русски (например, в Золотарев или Карнаухов). Это говорит о сравнительно поздней фиксации фамилии, когда бюрократия уже не переделывала имена на славянский лад, а записывала их фонетически. Если сравнивать с однокоренными — Зулькарнаев, Зулькарняев, — то форма с -я- (Зулкарняева) может быть диалектной: в некоторых тюркских говорах «ай» на конце имени редуцировалось до «я».