Фамилия Мухаметвалеев — яркий пример тюрко-мусульманского именослова, перешедшего в русскую фамильную систему. Её основа — составное арабское имя Мухаметвалей, где первая часть «Мухамет» (от Мухаммад — «восхваляемый», имя пророка) соединяется со второй «валей» (от арабского «вали» — «святой», «близкий к Богу»). В целом имя означает «восхваляемый святой» или «прославленный приближённый к Всевышнему». Это типичный для татарской и башкирской традиции двухосновный антропоним, где обе части несут религиозный смысл.

Русский суффикс -ев указывает на способ образования: фамилию дали по отцу, то есть Мухаметвалеев — сын Мухаметвалея. Форма на -ев (а не -ин) характерна для основ, оканчивающихся на согласный или -й. Встречается и вариант Мухаметвалиев (с вставным «и»), но он менее распространён и чаще фиксируется в документах как результат фонетической адаптации.

Географически фамилия сосредоточена в регионах с компактным проживанием татар и башкир: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская и Челябинская области. Встречается также у казахов, но там чаще используют форму Мухаметвалиев или прямой патроним без русского суффикса.

Редкость фамилии в том, что она не перешла в разряд массовых даже внутри своего ареала. В отличие от «простых» имён типа Мухаметшин или Валиев, двусоставное имя Мухаметвалей давали реже — возможно, из-за его длины или желания подчеркнуть особую религиозную знатность рода. Социально носители фамилии в XIX — начале XX века были в основном крестьянами и мещанами, но само имя указывает на то, что предок, вероятно, пользовался уважением в общине как набожный человек.

Единственный спорный момент — не путать с фамилией Мухаметвалиев, где «али» (от арабского «али» — «высокий») даёт иной смысл: «восхваляемый высокий». Но в большинстве случаев корень именно «валей», так как в татарской ономастике форма «Вали» (святые) встречается чаще, чем «Али» в составе сложных имён.