Фамилия Лукаев — яркий пример того, как одно и то же имя может дать жизнь совершенно разным по происхождению фамилиям. В её основе лежит крестильное имя Лука (от латинского «lux» — свет), но суффикс -аев указывает на нестандартный путь образования. В классической русской модели отчество от имени Лука звучало бы как Лукин (сын Луки) или, в просторечии, Лукичев. Форма Лукаев возникает, когда в качестве основы берётся не само имя, а его производная, обиходная форма — Лукай.

Такая модель (имя + суффикс -ай) в древнерусском языке служила для создания ласкательных или уменьшительных прозвищ: Михай (от Михаил), Иванай (от Иван). Соответственно, Лукай — это «маленький Лука» или попросту «Лука, которого дома звали Лукаем». Фамилия, таким образом, означает «сын Лукая», то есть потомок человека, носившего это домашнее прозвище. Подобные фамилии встречаются реже, чем стандартные на -ин или -ов, что делает Лукаева выделяющейся на фоне более частотных однокоренных вариантов.

Вторая, менее вероятная версия отводит фамилию к тюркскому миру. В некоторых тюркских языках «лукай» (или «луккай») могло быть прозвищем, означающим «хромой», «колченогий». Однако против этой гипотезы говорит суффикс -ев, который в русских фамилиях тюркского происхождения обычно присоединяется к основе, оканчивающейся на согласный (например, Ахметов, Булатов). Форма Лукаев естественнее выводится из славянского имени, и именно эта версия считается основной.

Географически фамилия не привязана к одной губернии. Встречается в центральных областях России, на Волге (особенно в бывших Симбирской и Самарской губерниях) и на Урале. Там, где в XIX веке был высок процент грамотных крестьян и мещан, фамилия на -аев могла закрепиться при переписях как вариант, отличающий одну ветвь Лукиных от другой. В документах можно встретить параллельное написание Лукаев и Лукаёв — ударение в фамилии плавающее, что тоже говорит о её живом, не книжном происхождении.

Таким образом, предок носителя фамилии Лукаев с большой долей вероятности был русским крестьянином или посадским человеком, которого в миру звали не полным церковным именем, а домашним — Лукай. Фамилия сохранила этот оттенок простоты и близости, в отличие от более официальных Лукина или Лукичева.