Фамилия Бахтыгареев хранит память о восточных корнях и восходит к мужскому имени Бахтыгарей — варианту мусульманского имени Бахтигарай. Это составное имя, и обе его части несут определённый смысл. Первая, Бахти, восходит к арабскому корню и означает «счастливый». Вторая часть — Гарай — персидского происхождения, её значения: «сильный, могущественный», а также «пристрастие, желание, стремление, достоинство». В буквальном прочтении имя Бахтыгарей можно истолковать как «достойный счастья» или «желанное счастье».

Фамилия образована по стандартной для русской среды модели: к основе Бахтыгарей добавили типичный русский патронимический суффикс -ев. Такой способ адаптации тюркских и арабо-персидских имён в XVIII–XIX веках был обычным для народов Поволжья и Приуралья, где русская администрация фиксировала фамилии по отцу. Поэтому географически фамилия Бахтыгареев чаще всего встречается среди татар и башкир, а также в среде других народов, исторически исповедующих ислам и живущих в соседстве с русским населением.

Написание фамилии могло варьироваться: в старых записях встречается форма Базтыгареев — это, скорее всего, результат местного произношения или описки писаря, не меняющий сути происхождения. В отличие от более распространённых фамилий на -ов, у Бахтыгареева суффикс -ев указывает на основу, оканчивающуюся на мягкий согласный или й, что и даёт форму Бахтыгареев, а не Бахтыгарев.