Фамилия Малыгаева — женская форма от Малыгаев, и её разбор стоит начать с суффикса. Модель на -аев (а не -ев) указывает, что основа прозвища или имени заканчивалась на -ай: Малый → Малыгай. Суффикс -гай в русских прозвищах — редкий, он мог выполнять ту же роль, что и уменьшительные или пренебрежительные форманты, усиливая признак. То есть Малыгай — это «очень маленький, малорослый человек», с оттенком, близким к «коротышка» или «малыш». В отличие от распространённых Малышев или Мальцев, где основа прозрачна, Малыгаев сохранила архаичный суффикс, который встречается в северных и центральных говорах.

География фамилии узкая. По данным современных телефонных справочников и архивных записей, Малыгаевы чаще всего фиксируются в Пермском крае и Удмуртии. Это совпадает с зоной расселения коми-пермяков и удмуртов, где русские фамилии нередко адаптировали местные прозвища. Не исключено, что основа могла быть связана с диалектным словом «малыга» — так в некоторых регионах называли низкорослого, но подвижного человека или даже детёныша животного. В словаре Даля «малыга» отмечена как «малорослый, коротыш» — подтверждение, что прозвище было обидным или шутливым.

Сословный состав Малыгаевых неоднороден. В ревизских сказках XIX века по Вятской губернии встречаются как государственные крестьяне, так и бывшие помещичьи — фамилия не даёт привязки к дворянству или духовенству. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Малыга́ев, хотя в устной речи возможны варианты. Родственные фамилии — Малыгин, Малышев — образованы от тех же корней, но с другими суффиксами, что делает Малыгаеву редким исключением среди «малых» фамилий.