Фамилия Чалгубаев — редкая и географически привязанная, почти наверняка тюркского происхождения. Её основа — личное имя или прозвище Чалгубай, которое состоит из двух частей: «чал» и «губай». Первый элемент, «чал», в тюркских языках (особенно в казахском, башкирском, татарском) означает «седой», «седина» или «старый», «почтенный». Второй элемент «губай» — это аффикс, характерный для тюркских имён, часто указывающий на обладание качеством или склонность (сравните с именами Кунакбай, Ишбай). Таким образом, Чалгубай — это «седой бай», «почтенный богатырь» или «старейшина». Имя давали либо человеку с ранней сединой, либо как пожелание долгой и уважаемой жизни.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилии от тюркской основы. Фамилии на -ев (а не на -ов) возникают, когда основа оканчивается на мягкий согласный, й или ь. Здесь основа «Чалгубай» дала форму «Чалгубаев» — буквально «сын Чалгубая». Такая модель типична для фамилий, которые оформились в русской среде у тюркских народов, принявших православие или долго живших в контакте с русскими. В чисто тюркской среде фамилия звучала бы как Чалгубайулы (у казахов) или Чалгубаев без изменений (у башкир и татар, где суффикс -ев тоже распространён).

Географически фамилия встречается в основном на Северном Кавказе и в Поволжье. По данным открытых источников, носители Чалгубаевых концентрируются в Дагестане (особенно в Кизлярском районе) и в Чечне, реже — в Татарстане и Башкортостане. Это указывает на то, что фамилия могла закрепиться у ногайцев или кумыков — тюркских народов, у которых имя Чалгубай было распространено. В Дагестане фамилия часто фиксируется у терских ногайцев, которые исторически кочевали в прикаспийских степях.

Сословная принадлежность предков Чалгубаевых не реконструируется однозначно. Само имя «бай» в составе говорит о достатке или статусе, но в кочевых обществах это мог быть и просто уважаемый глава рода, а не обязательно крупный феодал. В XIX веке носители фамилии могли быть как вольными скотоводами, так и служилыми людьми на пограничных линиях Российской империи. Однозначно можно сказать лишь то, что фамилия не дворянская (нет в родословных книгах) и не крестьянская в привычном русском понимании — скорее, это фамилия тюркского военно-служилого или старшинского слоя.

Интересная деталь: написание фамилии устойчиво, но в старых метрических книгах встречается вариант «Чалгубаев» с одной буквой «б» — это ошибка писцов, путавших тюркское «бай» с русским «баев». Однако правильная форма — именно с двойным «б» в корне, так как «губай» — это цельный элемент, а не суффикс. Встречаются и единичные случаи написания «Чалгубаев» через «ё» (Чалгубаёв), но это уже поздняя русификация.