Фамилия Горей — редкий случай, когда основа не прозрачна для русского уха и не вписывается в привычные модели на -ов, -ин или -ский. Она относится к так называемым «нестандартным» фамилиям, которые в русской среде чаще всего имеют украинское, белорусское или польское происхождение. В украинском языке слово «горей» — это сравнительная степень от «горе» (горе, беда), то есть «горше», «хуже». Однако вряд ли прозвище давали человеку с прямым значением «бедственнее»: скорее всего, это форма имени или профессии.

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с диалектным или профессиональным словом «горій» (горий). В западных говорах Украины и Беларуси так могли называть человека, который работает с «горой» — то есть с верхней частью чего-либо (например, на лесосплаве или в строительстве), либо живущего на возвышенности. Встречается и вариант, что «Горей» — это адаптация польского слова «gorzej» (хуже), которое могло стать прозвищем невезучего или неудачливого человека, но это скорее народная этимология, чем научная.

Словообразовательная модель фамилии проста: корень «гор-» и окончание «-ей», что типично для украинских фамилий-прозвищ, застывших в форме именительного падежа (как Нечай, Тягай, Крутий). Суффикса нет — фамилия образована напрямую от нарицательного слова или личного имени. Географически фамилия Горей встречается в основном на западе Украины (Волынь, Галиция) и в приграничных районах Беларуси; в России она редка и почти всегда указывает на переселенцев оттуда.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Горелов, Горемыкин, Горюнов — показывает, что все они образованы от разных основ (горе, горелый, горемыка), тогда как Горей стоит особняком. У него нет суффикса -л- или -н-, что исключает значение «горелый» или «горестный» в прямом смысле. Таким образом, предок носителя фамилии Горей, скорее всего, был либо выходцем с западных земель, где прозвище давали по месту жительства или роду занятий, либо человеком, чью фамилию записали на слух, упростив более длинную форму.