Фамилия Мухаметгареева — женская форма мужской фамилии Мухаметгареев, и это сразу подсказывает, что перед нами фамилия тюркского, скорее всего татарского или башкирского, происхождения. В основе лежит сложное арабское имя, которое в русской записи распалось на две части: «Мухамет» (народная форма имени Мухаммад, «восхваляемый», «достойный хвалы») и «Гарей» (Гирей, от арабского «гари» — «стремящийся», «желающий», а также династическое имя крымских и казанских ханов). Полное имя Мухаметгарей означает «восхваляемый (Мухаммад) и стремящийся» или, с учетом династического оттенка, «Мухаммад из рода Гиреев». Такие составные имена были особенно популярны среди тюркских народов, принявших ислам, и часто давались в честь пророка или знатных предков.

Модель образования фамилии — типичная для русского языка, но наложенная на иноязычную основу: к имени Мухаметгарей добавился русский патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). В тюркской среде, особенно после вхождения Поволжья в состав Российского государства, такие фамилии оформлялись по русским стандартам в XIX–XX веках. Поэтому фамилия Мухаметгареев буквально означает «сын (или потомок) Мухаметгарея». Женская форма на -а указывает на принадлежность к роду: Мухаметгареева — дочь или жена Мухаметгареева.

Географически фамилия чаще всего встречается среди татар и башкир, особенно в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Встречаются варианты написания с одной «а» в первой части (Мухаметгареева) или с «ы» (Мухаметгарыева), но основной литературный вариант закрепился через «е». В отличие от многих русских фамилий, образованных от прозвищ или ремесел, эта фамилия целиком восходит к личному имени, что типично для мусульманских семей, где имя давалось с религиозным или родовым значением. Социальный слой носителей не был жестко привязан к дворянству или крестьянству: среди предков могли быть как муллы и торговцы, так и простые крестьяне — фамилия фиксировала родство, а не сословие.