Фамилия Португай — редкий случай, когда географическое название попало в русскую фамилию не через дворянский титул, а через прозвище. Вопреки ожиданию, носитель этой фамилии не обязательно потомок португальцев. Скорее всего, предка так прозвали за торговые или морские связи с Португалией, либо за экзотическую внешность, которую в народе связывали с этой страной. В русской традиции XVI–XVII веков «португалом» могли назвать купца, привозившего заморские товары, или матроса, ходившего в дальние рейсы.

Словообразовательная модель проста и типична для южнорусских и украинских земель. Суффикс -ай отсекает окончание исходного слова «Португал(ия)» и превращает его в прозвище, а затем в фамилию. Такая модель встречается у фамилий, образованных от названий народов или стран: Литвай, Туркай, Цыганай. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые закрепились через притяжательность («чей?»), суффикс -ай фиксирует прозвище как личное имя: Португай — тот, кого прозвали Португалом.

Географически фамилия тяготеет к западным и южным областям бывшей Российской империи. Встречается в Беларуси, на Волыни, в Подолье — регионах, через которые проходили торговые пути и где оседали иноземные купцы. В центральной России фамилия редка, что косвенно подтверждает её прозвищное, а не служилое происхождение: дворяне Португальские (с суффиксом -ский) получали фамилию по земле, а Португай — по личному качеству или занятию.

Ударение в фамилии падает на последний слог — Португа́й, что характерно для слов с суффиксом -ай. В документах XVIII–XIX веков можно встретить варианты написания «Португал» или «Португаль», но форма на -й закрепилась как основная, вероятно, под влиянием украинской фонетики, где конечный согласный смягчается.