Фамилия Бухараевы — один из тех случаев, когда географическое название почти наверняка легло в основу родового прозвища. Корень здесь прозрачен: «Бухара» — город и историческая область в Средней Азии. В русской традиции выходца из Бухары или человека, долго там жившего, могли прозвать Бухараем. Суффикс -ев указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ на -ай: Бухарай → сын Бухарая → Бухараев.

Менее вероятна, но возможна версия от тюркского личного имени Бухарай, которое могло означать «радость» или «счастье» (от «бухар» — радость в некоторых тюркских диалектах). Однако в русских документах фамилия встречается в основном в контексте торговых связей с Востоком. Бухарские купцы (бухарцы) были заметны в Поволжье, Приуралье и Сибири в XVI–XIX веках. Многие из них оседали, переходили в православие и получали фамилии по месту прежнего жительства. Поэтому предки Бухараевых с высокой долей вероятности были либо купцами, либо ремесленниками, пришедшими из Бухарского ханства.

Словообразовательная модель проста: основа на -ай (как в фамилиях Абаев, Каратаев) плюс стандартный русский патронимический суффикс -ев. Фамилия редкая, в списках столбового дворянства не числится — это типичная купеческая или крестьянская фамилия, возникшая в среде контакта русских и тюркских народов. В современной России она встречается разрозненно, без ярко выраженного ареала, что подтверждает её «пришлый» характер: носители рассеяны по разным регионам, а не сконцентрированы в одном уезде.