Фамилия Агалеева — женская форма, а её мужской вариант Агалеев. В основе, скорее всего, лежит тюркское мужское имя Агалей. Оно составное: «ага» (господин, старший, богатый, уважаемый человек) и «лей» (счастливый, удачливый, благополучный). Таким образом, имя Агалей можно перевести как «богатый и счастливый» или «уважаемый и удачливый». Фамилия образована по русской модели с помощью патронимического суффикса -ев, который присоединяли к основам на мягкий согласный или на й (Агалей → Агалеев → Агалеева).

В русской традиции фамилии на -ев часто фиксировали имя или прозвище отца. Предок носителей этой фамилии, вероятно, носил имя Агалей, которое было распространено 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.

Есть и 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.

Социально фамилия не указывает на принадлежность к дворянству или духовенству. Скорее всего, предки были крестьянами или мещанами, а фамилия закрепилась в XIX веке при массовой паспортизации населения.