Фамилия Алтынгараев — яркий пример тюркской модели именования, где имя склеилось с прозвищем или титулом. Её основа — два тюркских слова: «алтын» (золото) и «гара» (в разных диалектах — «смотри», «карай», либо восходит к имени Гарай). Чаще всего «гара» здесь — это вариант имени Гарай (Гирей), популярного у татар и башкир, или глагольная форма «кара» в значении «гляди, стереги». Получается либо «золотой Гарай», либо «золото стерегущий» — прозвище человека, которому доверяли ценности.

Словообразовательная модель типична для тюркских фамилий, русифицированных суффиксом -ев. В исходном виде фамилия звучала как Алтынгарай — имя-прозвище, а добавление русского патронимического суффикса превратило её в фамилию, отвечающую на вопрос «чей?»: сын Алтынгарая. Такая двухкомпонентная конструкция (цвет + имя) встречается у многих тюркских народов: Алтынбаев, Алтынгулов.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически жили татары и башкиры, — Поволжье, Урал, Западная Сибирь. Встречается она и у казахов, но реже: у них более типична форма Алтынгарин. При этом в русской записи часто путают написание: можно встретить варианты Алтынгареев, Алтынгаряев — это следы адаптации тюркского произношения к кириллице.

Социально предки носителя фамилии, скорее всего, не относились к знати. Имя Алтынгарай давали в среде крестьян и ремесленников — как пожелание ребёнку быть ценным, как золото, или как прозвище зажиточного, но не аристократического человека. В отличие от фамилий на -ский или -цев, которые часто носили дворяне, Алтынгараев — фамилия «народная», крестьянская или мещанская, что подтверждается её отсутствием в дореволюционных родословных книгах.

Если сравнивать с однокоренными, то Алтынгараев стоит особняком от фамилий вроде Алтынников (от профессии алтынник — меняла) или Алтынцев (от названия монеты «алтын»). Здесь основа не монетная, а личная, что делает фамилию более древней по происхождению — она уходит в дофамильный период, когда человека называли по примете или имени-оберегу.