Фамилия Менлыкаев — редкий случай, когда географический и этнический ключ к ней лежит почти на поверхности. Основа фамилии — тюркское мужское имя Менлыкай. Оно составное: «менлы» (в разных тюркских диалектах — «родимое пятно», «родинка») и «кай» (уменьшительно-ласкательный аффикс, как и в именах Айкай, Биккай). Имя Менлыкай буквально значило «с родинкой» или «родимочка» — в тюркской традиции родинка считалась счастливой приметой, и такие имена давали, чтобы уберечь ребёнка от сглаза. Русский суффикс -ев присоединился по обычной модели: Менлыкай → Менлыкаев — «сын Менлыкая».

Самая вероятная этническая среда возникновения фамилии — татарская или башкирская. Имя Менлыкай (варианты Минлекай, Минникай) фиксируется в ономастиконе казанских татар и башкир. Поскольку фамилии с суффиксом -ев у тюркских народов Поволжья и Приуралья массово оформлялись в XVIII–XIX веках, Менлыкаев — не древняя боярская фамилия, а поздняя патронимическая: её получили дети человека, которого в переписи записали как Менлыкай. Сословно носители, скорее всего, относились к государственным или ясачным крестьянам, реже — к служилым татарам или тептярям.

У фамилии нет варианта с -ов (Менлыкайов), что косвенно указывает на мягкое произношение конечного -й в имени. Встречается также написание Менликаев (через «и»), но это диалектная или канцелярская вариация, не меняющая смысла. В русских говорах фамилия не осмыслялась — она полностью сохранила тюркскую основу без народного переосмысления.

Спорных версий здесь немного. Иногда корень «менлы» путают с тюркским «мен» («я») или возводят к арабскому «мин» («из»), но обе гипотезы слабы: имя Менлыкай — хорошо задокументированная лексическая единица, и разрывать её на части нет оснований.

Сегодня Менлыкаевы встречаются в Татарстане, Башкортостане, в Оренбургской и Челябинской областях — то есть в зоне расселения волго-уральских тюрков. Фамилия не вошла в массовые справочники русских фамилий (Унбегауна, Никонова) именно потому, что она не русская по происхождению, а тюркская, адаптированная русским суффиксом.