Фамилия Мамлюкаева — редкий случай в русском ономастиконе, и её разбор стоит начать с корня, который сразу выдаёт нерусское происхождение. Основа «мамлюк» (или «мамелюк») восходит к арабскому слову «мамлюк» — «невольник, раб». В истории это слово закрепилось за военной кастой в Египте: мамлюками называли воинов-рабов, которые в XIII–XVI веках захватили власть и правили страной. Однако напрямую связывать фамилию с египетскими мамлюками было бы натяжкой. Гораздо вероятнее, что в основе лежит тюркское прозвище Мамлюк, которое давали человеку с тёмной кожей, кудрявыми волосами или просто с намёком на «рабское» происхождение — в переносном, бытовом смысле. У тюркских народов (татар, башкир, ногайцев) такие прозвища были нередки и не несли оскорбительного оттенка, а скорее указывали на внешность или социальный статус предка.

Суффикс -ев при безударном окончании -аева указывает на патронимическую модель образования: Мамлюкаева — женская форма от мужской фамилии Мамлюкаев, которая, в свою очередь, произошла от имени или прозвища Мамлюкай. Уменьшительно-ласкательный формант -кай характерен для тюркских языков (сравните: Айдаркай, Булатккай, Темиркай). То есть полная цепочка: прозвище Мамлюк → уменьшительное Мамлюкай («маленький мамлюк» или «сын мамлюка») → фамилия Мамлюкаев. Такая модель типична для татарских и башкирских фамилий, которые оформились в XIX веке после переписи населения, когда крещёным или обрусевшим тюркам давали фамилии по имени отца.

Географически фамилия Мамлюкаева тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири. Встречается среди казанских и сибирских татар, реже — у башкир. В дореволюционных метрических книгах можно найти записи о Мамлюкаевых в Оренбургской, Уфимской и Тобольской губерниях. Сословно носители фамилии чаще всего были государственными крестьянами или мещанами — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Интересная деталь: в русской письменности фамилия могла записываться по-разному — Мамлюкаев, Мамлюкеев, Мамелюкаев. Вариант с буквой «ё» (Мамлюкаёв) встречается редко и, скорее всего, является искажением при записи в советских паспортах. Ударение, судя по живому произношению носителей, падает на второй слог: Мамлю́каева, хотя в некоторых говорах смещается на третий — Мамлюка́ева. Фамилия остаётся малочисленной: по данным современных телефонных справочников, её носителей в России не более нескольких сотен человек, причём большинство живёт в Татарстане и Башкортостане.