Фамилия Кольчугаева образована от прозвища или профессии, напрямую связанной с кольчугой — доспехом в виде рубашки из металлических колец. Основа здесь прозрачна, но интересен суффикс. В отличие от более частых -ов/-ев и -ин, фамилия использует суффикс -аев, что характерно для тюркских или южнорусских говоров, но в данном случае он просто присоединился к основе Кольчуг-, дав форму притяжательного прилагательного: «чей?» — Кольчугаев. Получается, что предок носителя фамилии был либо мастером по изготовлению кольчуг (кольчужник), либо сам постоянно носил такой доспех, получив прозвище Кольчуг.

В русском языке слово «кольчуга» известно с древнерусских времен, но фамилия не относится к самым старым боярским родам. Скорее всего, она возникла в среде ремесленников или служилых людей — стрельцов, казаков, дружинников, для которых кольчуга была и рабочим инструментом, и защитой. Модель образования на -аев встречается у фамилий, происходящих от прозвищ на твердый согласный (Кольчуг → Кольчугаев), и это указывает на то, что исходное прозвище звучало именно как «Кольчуг», а не «Кольчуга».

Интересная деталь: фамилия Кольчугаева почти не встречается в центральных и северных губерниях России. Основной ареал — южные регионы: Ростовская область, Краснодарский край, Ставрополье. Это косвенно подтверждает связь с казачеством — именно в казачьей среде доспехи и оружие были не просто предметами быта, а частью самоидентификации. Прозвище Кольчуг мог получить человек, который не расставался с кольчугой даже в мирное время, либо тот, кто славился умением её ремонтировать.

С точки зрения словообразования фамилия стоит в ряду однокоренных, но редких: Кольчужкин, Кольчугин. Последняя, кстати, известна по подмосковному городу Кольчугино, но там связь с фамилией купца Кольчугина, а не с доспехом. Кольчугаева — более прямая и прозрачная форма, без уменьшительных суффиксов, что говорит о том, что прозвище было не ласкательным, а описательным.