Фамилия Белгорай звучит на слух необычно, но её происхождение прозрачно и связано с географией. В её основе лежит топоним — название города или местечка. Самый очевидный кандидат — польский город Билгорай (Bilgoraj), который в старых русских документах и в устной речи могли передавать как Белгорай. Такое смещение гласных («и» на «е») типично для адаптации иноязычных названий в русской среде. Соответственно, фамилию Белгорай мог получить выходец из этого города — либо поляк, либо еврей, либо православный мещанин, живший на этих землях.

Словообразовательная модель здесь простая и редкая для русских фамилий: основа «Белгорай» без какого-либо суффикса (чистая, или «нулевая»). Это характерно для фамилий, образованных от названий городов или местностей в западных регионах бывшей Речи Посполитой — на Украине, в Беларуси, в Польше. Такие фамилии обычно несли информацию о месте рождения или жительства: Иван, который из Белгорая, становился просто Иваном Белгораем. В отличие от массовых фамилий на -ов или -ин, эта форма указывает на более позднюю фиксацию или на то, что предок не был крепостным, а принадлежал к городскому сословию — мещанам или шляхте.

Второе возможное, но менее вероятное объяснение — прозвище от двух корней: «бел-» (белый) и «-горай» (гора). Тогда Белгораем могли назвать человека, жившего на «белой горе» — меловой, известняковой или просто заметной издалека. Однако эта версия уступает топонимической, потому что в славянском прозвищном словообразовании сочетание «бел-» + существительное почти всегда даёт сложные прилагательные (Белоголов, Белоножка), а не существительные на -ай.

Фамилия Белгорай — нечастая. Встречается она в основном на западе России, в Беларуси и на Украине, что подтверждает её «географическое» происхождение. В дореволюционных справочниках и метрических книгах носители этой фамилии фиксировались как мещане и купцы. Сословная принадлежность, таким образом, была скорее городской, а не крестьянской.