Фамилия Матагаев — редкая и сложная для однозначной этимологии. Её основа, «Матага», не встречается в русских святцах и не является распространённым славянским прозвищем, что сразу указывает на вероятное тюркское происхождение. Суффикс «-ев» (вариант «-ов» после мягкой основы) — стандартный русский патронимический формант, который в XVI–XIX веках «обрусел» фамилию, закрепив её за потомками носителя прозвища.

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с тюркским словом «матагай» или «матакай». В ряде тюркских языков (татарском, башкирском, казахском) «матак» — это «пух», «перина» или «нечто мягкое, рыхлое». В переносном значении так могли прозвать человека медлительного, вялого или, наоборот, очень мягкого по характеру. Вторая гипотеза выводит корень из монгольского «матаг» — «хвастовство», «кичливость». Тогда прозвище Матага мог получить хвастун или задира. Третья, менее вероятная версия — от арабского имени «Мата» (дар) с тюркским уменьшительным суффиксом «-гай», но такой антропоним не зафиксирован в ономастиконах.

Географически фамилия тяготеет к регионам Поволжья и Урала, где исторически жили татары, башкиры и другие тюркские народы. В дореволюционных метрических книгах единичные Матагаевы встречаются в Оренбургской и Уфимской губерниях. Сословно предки, скорее всего, относились к государственным крестьянам или казакам — в дворянских родословных книгах фамилия не значится.

С точки зрения словообразования фамилия интересна тем, что в ней сохранился редкий для русского уха финальный элемент «-гай», который часто встречается в тюркских прозвищах (ср. Карагай, Сарагай). Это делает фамилию Матагаев заметным маркером этнической и культурной границы: она вобрала в себя тюркскую основу и славянский патроним, что типично для фамилий, возникших в зоне смешанного населения.