Фамилия Гарайева — женская форма фамилии Гараев, и её разбор стоит начать с корня. Основа «Гарай» восходит к личному имени тюркского происхождения Гарай (варианты — Герай, Гирей). Это имя широко бытовало у татар, башкир, кумыков, ногайцев и других народов, особенно в Поволжье и на Северном Кавказе. В тюркских языках слово «гарай» или «гирей» могло означать «сильный», «достойный», «могущественный», а в некоторых диалектах — «стремящийся», «желающий». Известно, что имя Гирей носила крымская ханская династия, но в народной среде оно не было исключительно знатным: его давали и простым людям, желая мальчику силы и удачи.

Суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Гараев буквально значит «сын Гарая», а Гарайева — «дочь или жена Гарая». Это типичная русская модель образования фамилий от тюркских имён, которая закрепилась в XVI–XIX веках, когда народы Российской империи переходили на фамилии по образцу русского документооборота. В отличие от чисто русских фамилий на «-ов», здесь основа не славянская, а заимствованная — и это главная особенность: фамилия Гарайева (и Гараев) маркирует тюркские корни носителя, чаще всего татарские или башкирские.

Географически фамилия распространена в Татарстане, Башкортостане, а также среди кавказских народов, например у кумыков. Встречается и у русских, но это, как правило, результат межэтнических браков или русификации. Интересно, что в некоторых регионах, особенно в Дагестане, фамилия могла возникнуть независимо от тюркского имени — от местного слова «гарай» в значении «пастух» или «сторож», но это версия менее подтверждённая.

Сословно фамилия не элитарная: её носили крестьяне, ремесленники, позже — разночинцы. Знатных родов с такой фамилией в истории не зафиксировано, хотя в XX веке среди Гараевых появились учёные и деятели культуры. Для поиска корней стоит обратить внимание на переписи населения XIX века в Казанской и Уфимской губерниях — там фамилия встречается чаще всего.