Фамилия Хатамтаев — один из тех случаев, когда географический указатель оказывается важнее разбора корня. Её основа — Хатамтай — это не русское и не славянское имя, а тюркское или иранское сложносоставное имя, которое вошло в обиход у народов Средней Азии и Поволжья. Первая часть, «Хатам», восходит к арабскому «хатим» (خاتم), что значит «печать» или «кольцо-печатка». В мусульманской традиции это слово нередко приобретало значение «завершитель», «последний», а в составе имён могло означать «печать пророков» (эпитет Мухаммеда) или просто «драгоценность». Вторая часть, «тай», — это тюркское слово, означающее «жеребёнок» или, в переносном смысле, «молодой, резвый». В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) «тай» часто входит в состав имён как пожелание силы, быстроты или как уменьшительно-ласкательный компонент. Таким образом, имя Хатамтай можно перевести как «жеребёнок-печать» или «драгоценный, как печать, жеребёнок» — типичное для восточной антропонимии образное сложение.

Суффикс -ев в фамилии указывает на русскую модель образования от иноязычной основы. Фамилии на -ев (а не -ов) образуются от основ, оканчивающихся на мягкий согласный или на -й. Поскольку имя Хатамтай заканчивается на -й, прибавление суффикса -ев даёт форму Хатамтаев. Это означает, что фамилию «обрусели» в официальных документах, скорее всего, в XIX — начале XX века, когда представители тюркских народов Российской империи получали фамилии по отцу с помощью русских патронимических суффиксов. Хатамтаев буквально значит «сын Хатамтая».

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским и ираноязычным населением. Наиболее вероятные ареалы бытования — Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область, а также территории Средней Азии (Узбекистан, Таджикистан), где имя Хатамтай встречается у узбеков и таджиков. В русском контексте носители фамилии — это, как правило, потомки татар, башкир или выходцев из Средней Азии, которые сохранили родовое имя в качестве фамилии.

Отдельно стоит обратить внимание на редкий случай: в некоторых тюркских языках «Хатам» могло быть не арабским заимствованием, а местным вариантом имени Катаб или Хатаб, но это маловероятно, так как арабский корень «хатим» широко распространён в мусульманских именах. Более спорная версия — связь с арабским «хатам» (ختم) в значении «завершение, конец», но в составе личных имён чаще используется именно «хатим» как «печать». В любом случае, фамилия Хатамтаев однозначно указывает на мусульманскую, восточную родословную, а её носители — потомки человека по имени Хатамтай, жившего, скорее всего, в среде татар или узбеков.