Фамилия Дорогаев образована от прозвища или нецерковного имени Дорогай. В её основе, скорее всего, лежит прилагательное «дорогой» в значении «милый, любимый, ценный». Такие «ласкательные» прозвища были распространены в русской среде: ими родители называли долгожданного или любимого ребенка, и это имя затем закреплялось за родом. Модель образования проста и типична: суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»), то есть Дорогаев буквально означает «сын Дорогая».

Менее вероятна, но возможна версия происхождения от топонима — названия населённого пункта вроде Дорогаево. Такие села и деревни известны в разных регионах, например, в бывшей Тверской губернии. В этом случае фамилия указывала бы на выходца из этой местности. Однако господствующая версия — прозвищная, так как суффикс -ай в русских неканонических именах (как Молчай, Беляй, Дорогай) встречается часто.

Отличительная черта фамилии Дорогаев — её относительная редкость. Она не входит в число массовых русских фамилий, что может говорить о локальном происхождении рода. Носители фамилии, по данным переписей и архивов, традиционно фиксировались в центральных и северных областях России, особенно в Костромской и Вологодской губерниях. Там, в крестьянской среде, прозвище Дорогай могло закрепиться за конкретной семьёй и не распространиться широко за пределы волости.

Важно не путать Дорогаева с фамилией Дороганов. У второй основа — «дорогой» в значении «дорогой по цене», «драгоценный», а суффикс -ан указывает на другую словообразовательную модель. Дорогаев же стоит в ряду с фамилиями Милаев, Любаев, Родяев — все они восходят к «нежным» прозвищам, что делает эту фамилию скорее «домашней» по своему изначальному смыслу.