Фамилия Нургаев в основе своей имеет тюркское мужское имя Нургай. Имя составное: первая часть «нур» переводится с арабского как «свет, сияние, луч», а вторая «гай» восходит к тюркскому «гай» — «крепкий, могучий, сильный». Таким образом, Нургай означает «светлый и могучий» или «сияющий силой». Фамилию образовали по русской модели с патронимическим суффиксом -ев, который присоединяли к основам, оканчивающимся на согласный, в том числе и на й (Нургай → Нургаев). Встречается и вариант Нургай — как имя, так и фамилия без суффикса, но форма Нургаев указывает на то, что предка звали Нургаем.

Фамилия распространена среди татар, башкир и других тюркоязычных народов Поволжья и Приуралья, а также встречается у народов Северного Кавказа, где имя Нургай тоже бытовало. В русских документах фамилия фиксируется с XIX века — в метрических книгах и ревизских сказках Оренбургской, Уфимской и Казанской губерний. Носители фамилии — в основном крестьяне и казаки, реже купцы.

Интересная деталь: имя Нургай могло быть не только личным, но и прозвищным — так называли человека с заметной внешностью или характером, «сияющего» здоровьем или удалью. В некоторых диалектах башкирского языка «нургай» означало «светлый, ясный» в прямом смысле — о погоде или о человеке. Поэтому не исключено, что фамилия могла возникнуть и напрямую от прозвища, минуя имя.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Нургалиев, Нургазин, Нургалеев — показывает, что все они образованы от сложных имен с первым компонентом «нур». Но именно Нургаев выделяется редкостью второй части: «гай» встречается в именах реже, чем «гали» (высокий) или «гази» (воин), поэтому фамилия менее распространена и более локальна.