Фамилия Бигалеев — одна из тех, что сразу указывает на тюркское происхождение. Её основа — личное имя Бигали, которое представляет собой диалектный или фонетический вариант распространённого у многих тюркских народов имени Бигалий. Само имя Бигалий обычно возводят к арабо-персидскому «Бига» (Бек, господин) и «Али» (высокий, возвышенный), то есть «князь Али» или «господин Али». Впрочем, есть и более прозаичная версия: в некоторых тюркских говорах «бигали» могло означать «большой, сильный» — прозвище, данное за физическую мощь.

Модель образования фамилии типична для русской ономастики, адаптировавшей иноязычные имена: к основе Бигалей добавили русский патронимический суффикс -ев, который в данном случае указывает на принадлежность («чей?» — Бигалеев сын). Такой способ был массовым в XVI–XIX веках, когда крестьяне и посадские люди получали фамилии по имени отца.

Географически фамилия Бигалеев встречается в основном среди татар, башкир и других народов Поволжья и Приуралья. В дореволюционных документах она нередко записывалась через «и» — Бигалиев, что отражает исходное произношение. Вариант с двойным «е» (Бигалеев) закрепился в русской орфографии как более привычный для глаза.

Сословное происхождение фамилии неоднородно. Часть Бигалеевых могла относиться к служилым татарам или башкирам, которые после присоединения региона к Московскому царству несли сторожевую и военную службу. Другие — к государственным или ясачным крестьянам, платившим подать пушниной или деньгами. Чёткого дворянского корня у фамилии нет, но отдельные носители могли попадать в купечество или духовное сословие.

Любопытная деталь: в некоторых записях XIX века фамилия фигурирует как Бигаляев — с «я» в середине. Это объясняется местным произношением, где звук [а] после мягкого согласного переходил в [я]. Такая вариативность характерна для фамилий, записанных со слов носителей, а не по метрикам.