Фамилия Пильгаева — это женская форма, мужской вариант — Пильгаев. В её основе лежит прозвище или неканоническое имя Пильгай. Разберём, что оно могло означать и где такие фамилии встречались.

Первый и самый вероятный вариант: корень «пильг-» восходит к слову «пильга» — в южнорусских и украинских говорах так называли хилое, болезненное существо, а иногда и плаксу. Суффикс «-ай» в таких прозвищах (сравните: Болтай, Кисляй, Вертяй) придаёт оттенок характерного действия или свойства. То есть Пильгаем могли назвать человека с плохим здоровьем или капризного, но без злого умысла — скорее, как бытовую примету.

Второй, менее распространённый путь: фамилия могла возникнуть от тюркского имени или прозвища. В татарском языке есть слово «пиләк» (плечо, рука), а в некоторых диалектах — «пильга» (плеть, хлыст). В таком случае прозвище могло относиться к пастуху, погонщику скота или просто человеку с характерной походкой. Однако для мордовских, чувашских или марийских территорий, где фамилии на «-ай» особенно часты, первая версия выглядит убедительнее.

Важная деталь: сама модель «Пильга-ев/-а» указывает на принадлежность — «сын Пильгая» или «дочь Пильгая». Фамилия не дворянская, не духовная; её носители в XIX веке почти наверняка были государственными или помещичьими крестьянами, реже — однодворцами. Географически фамилия тяготеет к Среднему Поволжью: встречается в Пензенской, Ульяновской, Самарской областях, а также в Мордовии и Чувашии. В дореволюционных переписях Пильгаевы фиксируются в Ардатовском уезде Симбирской губернии и Краснослободском уезде Пензенской.

Если сравнивать с однокоренными, то есть фамилии Пильганов, Пильгунов, Пильгуев — все они образованы от той же основы, но с разными суффиксами. Это подтверждает, что исходное прозвище было широко распространено в народной среде, а не привнесено из книжного языка.