Фамилия Ахметвалеевы в своей основе — сложносоставное имя, типичное для тюрко-мусульманской традиции имянаречения. Её образовали от мужского имени Ахметвали, соединившего два арабских корня. Первая часть — Ахмет, вариант имени Ахмад, которое переводят как «самый знаменитый, прославленный, достойный похвалы». Вторая часть — Вали, слово с богатым смыслом: «владелец, хозяин, господин», «защитник», «святой», «близкий друг Аллаха», а также один из эпитетов самого Аллаха.

Соединив два таких имени, родители вкладывали в имя сына пожелание стать достойным мусульманином, соединить в себе лучшие качества — известность и благочестие. Модель образования фамилии проста: к полной форме имени Ахметвали добавили русский патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Так возникла фамилия Ахметвалеев, а форма множественного числа Ахметвалеевы указывает на род в целом.

Суффикс -ев в русской традиции закрепился за фамилиями нерусского происхождения в Поволжье и Приуралье, особенно среди татар и башкир. Фамилия Ахметвалеев — один из многих примеров, когда восточное личное имя органично вошло в русскую антропонимическую систему через добавление типового суффикса.

Встречаются варианты написания — Ахметвалеев и Ахметвалиев, что связано с разной передачей конечного гласного имени Вали на письме. Оба варианта восходят к одному источнику. Точное время возникновения фамилии установить сложно: процесс оформления фамилий у татар и башкир шёл в основном в XIX — начале XX века, но мог растянуться и затронуть разные регионы не одновременно. Окончательно говорить о месте и времени появления конкретной ветви Ахметвалеевых можно только после серьёзных генеаленических изысканий.