Фамилия Конвалай — редкий случай, когда основа почти наверняка не славянская, а тюркская или финно-угорская, и её разбор требует выхода за рамки привычных русских словообразовательных моделей. В русском языке нет корня «конвал-», зато он хорошо узнаваем в языках народов Поволжья и Урала.

Скорее всего, в основе лежит тюркское слово «кон» (кочевье, стоянка, дом) или «кун» (солнце, день), соединённое с глагольной основой «вал-» (быть, существовать, делать). В башкирском и татарском «кон» + «ал» может означать «возьми стоянку», «освой место» — прозвище первопоселенца или человека, получившего земельный надел. Вторая версия — от финно-угорского (коми или удмуртского) «конь» (собака) и «вай» (дай) — то есть «собаку дай», что звучит как шутливое или обидное прозвище. Однако первая гипотеза правдоподобнее: фамилии на «-ай» в тюркской среде часты, а «Конвалай» могло быть личным именем-пожеланием вроде «будь хозяином».

Формант «-ай» в русских фамилиях — редкость. Он характерен для украинских и белорусских прозвищ (Ламака, Бандера), но здесь, скорее, передаёт тюркский аффикс принадлежности или уменьшительности. Встречается фамилия Конвалай в Башкортостане, Татарстане и среди татарской диаспоры в Западной Сибири — это подтверждает региональную привязку.

В русском контексте фамилия могла быть русифицирована: носитель-татарин или башкир получал паспорт, и его родовое имя записывали на слух — «Конвалай» вместо «Кун-Алый» или «Кон-Алы». Суффикса «-ов» или «-ин» здесь нет, что указывает на относительно позднюю фиксацию (конец XIX — начало XX века), когда фамилии уже не всегда переделывали под стандартные русские модели.

Сравните с однокоренными: Конвалов (где уже добавили суффикс), Кунбаев, Аллабердин. Конвалай стоит особняком — это не патроним, а прямое прозвище, перешедшее в фамилию без изменений.