Фамилия Артыкаев — один из тех случаев, когда словообразование не оставляет сомнений в происхождении. Она тюркская, и её структура прозрачна: основа плюс патронимический суффикс -ев. В русской среде этот суффикс закрепился как стандартный фамильный показатель, но сама основа осталась чисто тюркской. В основе лежит личное имя Артыкай. Оно образовано от корня «артык» — в тюркских языках это «лишний», «сверх», «излишек» — и уменьшительно-ласкательного аффикса -ай. Имя давали с пожеланием, чтобы ребёнок был «сверх меры» здоровым, удачливым или оказался «лишним» — то есть долгожданным мальчиком в семье. В некоторых тюркских диалектах «артык» означало ещё и «лучший», «превосходный», тогда имя-пожелание приобретало оттенок «превосходящий других».

Ареал фамилии — Башкортостан, Татарстан, Оренбургская и Челябинская области, а также Казахстан. У башкир и татар имя Артыкай встречается в исторических документах XVII–XIX веков. У казахов форма Артыкбай (с компонентом «бай») встречается чаще, но и Артыкаев у них тоже есть. Иногда фамилию пытаются связать с тюркским «артык» в значении «задняя часть» или «остаток», но для антропонима это менее характерно: имена с отрицательным значением давали редко, обычно с обережной функцией, а здесь нет прямых доказательств такой практики. Версия с пожеланием изобилия или превосходства выглядит убедительнее.

Сословно предки Артыкаевых, скорее всего, относились к башкирским или татарским тептярям, государственным крестьянам, реже — к казачьему сословию (в Оренбургском казачьем войске фиксировались тюркские фамилии). Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не отмечено. В XX веке фамилия расселилась шире за счёт миграций, но до сих пор остаётся сравнительно редкой и компактной — большинство её носителей живут в Башкортостане и соседних регионах.