Фамилия Еркулаев — редкий случай, когда очевидная на первый взгляд основа может ввести в заблуждение. На слух она почти сливается с фамилией Ермолаев, но корень здесь иной, и география бытования подсказывает верный след.

Скорее всего, перед нами фамилия тюркского происхождения. Основой послужило личное имя Еркулай (или Еркула). В тюркских языках «ер» означает «земля», «место», а «кул» — «раб», «слуга». В составе сложных имен «кул» часто теряло негативный оттенок и означало «слуга Божий», «покорный». Таким образом, Еркулай — это «слуга земли» или, в переносном смысле, «земледелец». Русский суффикс -ев присоединился к основе на мягкий согласный, образовав типичную форму притяжательного прилагательного: «сын Еркулая».

Вторая, менее вероятная версия, связывает фамилию с тюркским словом «еркул» (или «иркул») в значении «силач», «богатырь». В этом случае прозвище Еркулай получил физически сильный человек. Однако в ономастике версия с именем-оберегом через компонент «кул» встречается чаще и считается более правдоподобной.

Фамилия Еркулаев почти не встречается в центральных областях России. Её ареал — Поволжье, Южный Урал и Приуралье, а также некоторые регионы Сибири, куда переселялись татары, башкиры и другие тюркские народы. Встречаются носители и среди крещёных татар (кряшенов). Это говорит о том, что фамилия могла возникнуть в среде крестьян-землепашцев, чьё прозвище или мирское имя закрепилось в документах при переходе в православие.

В отличие от фамилий на -ин или -ский, модель на -ев здесь прямо указывает на патронимический характер: фамилия образована от отчества, а не от названия местности или профессии. По сословному составу предки Еркулаевых, скорее всего, были государственными или помещичьими крестьянами, реже — казаками. Сведений о дворянских родах с такой фамилией нет.