Фамилия Бахтишаева — редкий случай, где основа и суффикс вступают в очевидное, но неожиданное противоречие. Суффикс -ев однозначно указывает на русскую модель образования: это притяжательное прилагательное, отвечавшее на вопрос «чей?», то есть «сын (или потомок) Бахтишая». Однако сама основа Бахтишай — тюркская, причём не самая распространённая даже в тюркских языках.

Корень здесь составной. Первая часть — бахти (от персидского бахт — «счастье, удача, доля»). Вторая — шай, что в тюркских наречиях может означать либо «человек, личность» (ср. казахское «шай» — «господин, важное лицо»), либо восходить к арабскому шай («вещь, нечто»). Таким образом, исходное личное имя или прозвище Бахтишай толкуется как «счастливый человек» или «человек удачи». Встречаются также варианты прочтения, где «шай» — это искажённое «шах» (царь), но для фамильной формы это менее вероятно: в тюркской ономастике составные имена с «бахти» и «шай» фиксируются именно как бытовые, а не титульные.

География фамилии сужает поиск. Бахтишаевы — не волжские татары и не башкиры (у тех фамилии на -ов/-ев часто имеют другую огласовку). Фамилия устойчиво встречается у кумыков и ногайцев, а также у астраханских татар (карагашей). Это указывает на регион Нижнего Поволжья и Северного Кавказа, где в XVI–XIX веках оседали ногайские роды. Примечательно, что у самих тюркских народов фамилия могла сохранять ударение на втором слоге (Бахтишáев), а в русской среде сместилась на третий (Бахтишáев).

С точки зрения словообразовательной редкости, фамилия интересна тем, что суффикс -ев присоединён к основе на мягкий согласный (-шай), что для тюркских заимствований в русском языке встречается заметно реже, чем твёрдые варианты на -ов. Это говорит о том, что фамилия оформлялась уже в русской канцелярской среде, вероятно, при крещении или переходе в сословие государственных крестьян, когда писарь механически применил привычную модель к чужому имени. Иных версий, например связи с арабским «бахтиша» (счастливый царь) или с каким-либо ремеслом, не существует — это чисто патронимическая фамилия по личному имени.