Фамилия Гарькаева — редкий случай, где написание с буквой «е» на конце (Гарькаева, а не Гарькаева) указывает на женскую форму. Мужской вариант — Гарькаев. Основа фамилии — прозвище Гарькай, которое, скорее всего, происходит от глагола «гарькать» или «горькать». В русских говорах, особенно южных и рязанских, «гарькать» означало кричать, звать, окликать, а также издавать резкий, гортанный звук. Человек с таким прозвищем мог быть крикливым, голосистым, либо иметь привычку громко и резко говорить.

Фамилия образована по продуктивной модели: прозвище на -ай (Гарькай) + суффикс принадлежности -ев (в безударном положении часто пишется как -ев, хотя в основе звук «а»). Суффикс -ев указывает на «сына» или «потомка» Гарькая. Это типичная патронимическая фамилия, распространённая в среде крестьян и мещан, где прозвища нередко давались по поведению или особенностям речи.

Встречается фамилия преимущественно в Поволжье и на Урале. В словарях русских фамилий (например, у В. А. Никонова) подобные основы с корнем «гар-» связывают с диалектными глаголами звукоподражательного характера. Интересно, что у фамилии Гарькаев есть «двойник» — Гарькавый, где суффикс -ав указывает на обладателя признака (гаркавый — тот, кто гаркает). Но Гарькаев — именно отчество, а не качественное прилагательное.

Сословного барьера у фамилии не было: Гарькаевы могли быть и крестьянами, и казаками, и горожанами. В дореволюционных метрических книгах фамилия фиксируется в Саратовской, Самарской и Оренбургской губерниях. Сегодня носители фамилии живут в основном в России и Казахстане, но массовой известности она не получила — это фамилия локального бытования, не размножившаяся за счёт дворянских родов или переселений.