Фамилия Гамаев в своей основе имеет арабское имя Гамаль, что значит «работа», «труд» или «дело». На русской почве имя со временем адаптировали в более привычную форму Гамай, от которой и образовали фамилию с помощью типичного для русского языка патронимического суффикса -ев. Иными словами, Гамаев — это буквально «сын Гамая», где Гамай — производное от древнего арабского имени.

Впрочем, существует и альтернативное объяснение. Некоторые исследователи связывают основу с тюркским корнем «гам», который переводится как «печаль» или «скорбь». В этом случае прозвище Гамай могли дать человеку задумчивому, меланхоличному или пережившему тяжелую утрату. Обе версии имеют право на существование, но первая — арабская — выглядит более убедительной, поскольку имя Гамаль (в разных произношениях — Гамал, Гаммал) широко распространено в мусульманском мире, а тюркское «гам» в русских говорах встречается реже.

С точки зрения словообразования фамилия типична для восточных заимствований: суффикс -ев указывает на принадлежность, а не на место жительства или род занятий. Такие фамилии чаще всего встречаются в регионах с исторически смешанным населением — в Поволжье, на Урале, в южных областях России, где веками соседствовали славянские и тюркские народы.

Интересно, что фамилия Гамаев не имеет прямого отношения к известной птице — гагаре, хотя по звучанию это может показаться логичным. В старых говорах «гамай» не зафиксирован как прозвище, связанное с птицей или охотой; все нити ведут либо к арабскому имени, либо к тюркскому слову. Так что предки современных Гамаевых — скорее всего, люди, носившие личное имя Гамай, а не обладатели какого-то особого ремесла или промысла.