Фамилия Хартаева — это женская форма, но в русской традиции её разбирают по мужской основе Хартаев. Словообразовательная модель здесь типична для восточных регионов России: суффикс -ев присоединён к основе, которая восходит к тюркскому или монгольскому личному имени. В данном случае корень «Харт» — это, скорее всего, искажённое или адаптированное «Харт» или «Харта», что в ряде тюркских языков означает «чёрный» (ср. кара, хара). Если исходное имя звучало как «Хара» или «Харта», то фамилия буквально переводится как «сын (или потомок) Чёрного». В монгольских языках «хар» (чёрный) — распространённый компонент имён, не всегда связанный с цветом, часто как характеристика: «крепкий», «суровый» или просто отличительный признак.

Географически фамилия Хартаева тяготеет к Бурятии, Калмыкии и другим регионам, где сильно монгольское и тюркское влияние. Встречается она и у народов Северного Кавказа, особенно у балкарцев и карачаевцев, где имя «Харт» могло быть прозвищем или частью сложного имени. В русских документах фамилия фиксируется с XIX века, когда крестьяне и казаки из этих мест получали фамилии по отцу: «Хартаев» — значит «Хартов сын». В отличие от многих русских фамилий на -ов, здесь нет славянского суффикса -ов в значении принадлежности к ремеслу или вещи, а именно патронимический (от отца).

Редкость фамилии в том, что она не имеет однозначного славянского толкования, и её написание могло варьироваться: Хартаев, Хортаев, Хартаев. Встречается вариант с двойным «т» — Харттаев, что усиливает связь с тюркским «кара» (чёрный) через процесс регрессивной ассимиляции. Если рассматривать более экзотическую версию, то в некоторых диалектах «харт» могло означать «старый» или «почтенный», но это менее вероятно, так как основной пласт имён с корнем «хар» связан именно с цветом.

Предки носителей фамилии Хартаева, скорее всего, были кочевниками-скотоводами или оседлыми земледельцами в степных районах, где имя «Харта» давали как оберег — чтобы ребёнок вырос сильным, как чёрный бык или конь. Сословно фамилия не элитарная: она встречается у крестьян, казаков и мещан, реже у дворян, что подтверждается отсутствием в родословных книгах центральных губерний. В современной России носители живут преимущественно в Сибири и на юге страны.