Фамилия Колюкаев — редкий пример, где за основой, скорее всего, стоит не имя и не профессия, а растение и связанный с ним промысел. Исходное прозвище — Колюкай, и его значение напрямую отсылает к «колюка-траве» (в народе её называли ещё «кликун-трава»). В старину листьями этой травы окуривали заговорённые ружья и стрелы: считалось, что после такого обряда добыча не уйдёт от меткого выстрела. Значит, Колюкаем могли прозвать знахаря или охотника, который знал свойства этой травы и умел ею пользоваться.

Менее вероятна, но тоже возможна связь с глаголом «колоть». В этом случае прозвище могло бы указывать на характер: колючий, нелюдимый, язвительный человек. Либо — на ремесло: мясник, который колол скот. Но первая версия, с растением и охотничьим обрядом, куда конкретнее и необычнее: она выделяет фамилию из ряда «профессиональных» и «характерологических».

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев (после мягкого согласного) присоединён к основе прозвища Колюкай. Такая схема типична для русских фамилий, образованных от прозвищ на -ай: Колюкай → Колюкаев. Географически фамилия редкая, её очаги, судя по разрозненным данным, тяготеют к южнорусским и поволжским областям — там, где народная ботаника и промысловая магия сохранялись дольше.

В словарях Б. Унбегауна и В. Никонова фамилия не фиксируется, что подтверждает её редкость и, возможно, локальное бытование. Это не массовая крестьянская фамилия, а скорее родовое прозвище, закрепившееся за одной семьёй. Потомок человека по прозвищу Колюкай со временем и стал Колюкаевым.