Фамилия Кулкаев — одна из тех, где при первом взгляде на корень возникает соблазн отнести её к тюркским языкам. И это верный путь: основа «кул» в большинстве тюркских наречий означает «раб» или «слуга», но в составе личных имён она приобретала значение «слуга Бога», «покорный», «смиренный». Так что «Кулкай» — это, скорее всего, старое тюркское составное имя, где к «кул» добавлен уменьшительно-ласкательный аффикс «-кай» (как в именах Айкай, Тайкай). Получается что-то вроде «маленький слуга» или «раб Божий» — распространённая модель в мусульманском именослове.

Фамилия образована по русской модели: к основе «Кулкай» добавили фамильный суффикс «-ев». Такая адаптация характерна для многих народов Поволжья и Приуралья — татар, башкир, чувашей, у которых фамилии на -ев и -ин закрепились после вхождения в состав Российского государства. Скорее всего, предки носителей фамилии Кулкаев были крещёными татарами или башкирами, либо же мусульманами, чьи имена русифицировали при переписях.

Интересно, что в отличие от распространённых фамилий вроде Кулиев или Кулаков, у Кулкаева редкий формант «-кай». В тюркской антропонимике он указывает на ласкательную или уменьшительную форму имени. Это значит, что исходное имя Кулкай могли дать ребёнку, подчёркивая его «маленькость» и покорность, а не статус раба в прямом смысле. Встречается такая модель в основном у татар-мишарей и башкир юго-восточных районов.

Географически фамилия Кулкаев сегодня редкая, её можно найти в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Если судить по архивным записям XIX века, носители фамилии чаще всего были государственными крестьянами или тептярями — сословием, которое платило подати, но не было крепостным. Никаких дворянских или купеческих корней у Кулкаевых не прослеживается, что типично для поздних фамилий, закрепившихся в народной среде.