Фамилия Амирвалиев происходит от сложного арабского имени Амирвали. Первая часть имени — Амир — означает «предводитель» или «повелитель», вторая — Вали — переводится как «владелец, хозяин, господин, защитник», а также «близкий друг Аллаха» и «святой». В исламской традиции Вали — один из эпитетов Аллаха.

В отличие от более распространённых фамилий на -ов, образованных от одноосновных имён, Амирвалиев — редкая двухкорневая модель. Она характерна для тюрко-мусульманской среды, где имя могли дать в честь уважаемого духовного лица или с пожеланием ребёнку двойного покровительства: мирской власти и божественной защиты.

Словообразовательно фамилия следует стандартной русской модели: к основе Амирвали добавился притяжательный суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Буквально Амирвалиев означает «потомок Амирвали». Со временем отчество закрепилось как наследственная фамилия, что типично для многих родов, перешедших к русской паспортной системе в XIX–XX веках.

Географически фамилия встречается преимущественно в Дагестане, Татарстане и среди народов Средней Азии, где были распространены арабские имена в тюркской адаптации. Встречаются варианты написания с одной «л» (Амирвалиев) и с двойной (Амирвалиев), но оба восходят к одному корню.