Фамилия Агалеева — женская форма, а её мужской вариант Агалеев. Разбирать её логичнее с мужской основы: фамилию образовали от тюркского мужского имени Агалей с помощью патронимического суффикса -ев. Этот суффикс в русской традиции присоединяли к основам на мягкий согласный или на «й» (Агалей → Агалеев → Агалеева), и он буквально означал «сын Агалея». Имя Агалей составное: первая часть «ага» переводится как господин, старший, богатый, уважаемый человек; вторая часть «лей» — счастливый, удачливый, благополучный. В сумме получается «богатый и счастливый» или «уважаемый и удачливый». Такие составные имена типичны для тюркской антропонимии, где родители закладывали в имя пожелание благополучной судьбы.

Предок носителей фамилии, скорее всего, носил имя Агалей, распространённое у татар, башкир и других тюркских народов Поволжья и Приуралья. Фамилия Агалеева встречается преимущественно в регионах с исторически смешанным русско-тюркским населением — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Самарской областях. Это косвенно подтверждает, что фамилия закрепилась в XIX веке при массовой паспортизации населения, когда крестьянам и мещанам давали фамилии по имени отца. На принадлежность к дворянству или духовенству фамилия не указывает.

Существует менее вероятная версия: связь с арабским именем Агаль (или Агал), которое в тюркской среде могло приобрести форму Агалей. Но имя Агалей как самостоятельное зафиксировано в ономастических справочниках, поэтому первая версия надёжнее. В написании фамилии встречается вариант Агалиева — это может быть как искажение при записи, так и диалектная форма от того же корня. Но основная и исторически сложившаяся форма — Агалеева.