Фамилия Мухатай — один из тех редких случаев, когда корень слова не поддаётся однозначной славянской этимологии. В русском языке нет лексемы «мухатай» или «мухатать», поэтому сразу понятно: основа фамилии не от прозвища, связанного с насекомым или бытовым действием. Всё указывает на тюркское происхождение.

Скорее всего, в основе лежит личное имя Мухатай. У тюркских народов (татары, башкиры, казахи, ногайцы) распространены имена, образованные от арабского корня «Мухаммад» (прославленный, хвалимый) с добавлением местных аффиксов. Здесь — усечённая форма «Муха» плюс тюркский аффикс «-тай», который часто придаёт имени ласкательный или уменьшительный оттенок (сравните: Ахмет — Ахметай, Исхак — Исхакай). Таким образом, Мухатай могло означать «маленький Мухаммад» или «Мухаммад-родной» — имя, данное ребёнку в честь пророка.

Фамилия образована по русской модели нулевой суффиксации: тюркское имя Мухатай стало фамилией без добавления -ов/-ев. Такое «оголённое» оформление характерно для фамилий, возникших в среде тюркоязычного населения, которое долгое время жило в смешанных регионах — в Поволжье, на Урале, в Западной Сибири или на Северном Кавказе. Когда в XIX веке начали массово записывать фамилии, многие татарские и башкирские имена просто перенесли в документы без изменений.

Есть и менее вероятная версия: от казахского слова «мухатай» (вид тонкого войлока или попона). Но в таком случае фамилия означала бы прозвище мастера-войлочника, а не имя. Однако, учитывая распространённость личного имени Мухатай в исламской среде, первая гипотеза убедительнее. Географически фамилия встречается в Татарстане, Башкортостане, Казахстане и среди сибирских татар — именно там, где имя бытовало как полноправное мужское имя до середины XX века.