Фамилия Бахтай — довольно редкая и неоднозначная по происхождению. Скорее всего, её основа — личное имя Бахтай, которое было распространено у тюркских и некоторых кавказских народов. Это имя составное: первая часть «Бахт» восходит к арабскому слову со значением «счастье», «счастливая доля» (известно и самостоятельное имя Бахти), а вторая — «Ай» — с древнетюркского переводится как «луна», «месяц». В переносном смысле такое имя могло означать «счастливый, как луна», «светлый и удачливый». Родители, называя сына Бахтаем, желали ему благополучия, лёгкой судьбы и гармонии.

Однако есть и другая, менее очевидная версия. Фамилия могла возникнуть от названия села Бахтай в Аларском районе Бурятии. В таком случае её носитель — выходец из этого населённого пункта. Название села, в свою очередь, скорее всего, связано с тюркским словом «бахта» — «бязь», «хлопчатобумажная ткань». В татарском, башкирском и казахском языках bahta означает «хлопок», «вата». Если эта версия верна, то либо в селе ткали или торговали бязью, либо прозвище Бахтай получил человек, имевший дело с этой тканью.

Словообразовательная модель фамилии проста: фамилия Бахтай — это не русифицированная форма, а цельное имя или прозвище, перешедшее в разряд фамилий без дополнительных суффиксов (-ов, -ин). Такое оформление характерно для фамилий тюркского происхождения, особенно в среде татар, башкир, чувашей и народов Кавказа. Именно поэтому первая версия — от личного имени — выглядит более правдоподобной, чем топонимическая.

В русских архивных записях фамилия почти не встречается. Единичные носители зафиксированы на юге России и в Западной Сибири, что косвенно указывает на тюркские корни предков.