Фамилия Самолаев образована от прозвища или нецерковного имени Самолай. В основе лежит тюркское имя Самалай, которое состоит из двух частей: «сама» (по-тюркски «небо») и «лай» (уменьшительный аффикс). Таким образом, имя можно перевести как «небесный», «подобный небу». В русской среде это имя переосмыслили на свой лад, добавив суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Самолаев). Фамилия не слишком распространена, встречается в основном в Поволжье и на Урале, где исторически были сильны тюркско-русские контакты.

Вторая версия, менее вероятная, связывает фамилию с русским словом «сам» и глаголом «лаять» (бранить, ругать). В этом случае Самолай — прозвище человека, который любил ругаться или «лаяться» на всех. Однако такая народная этимология не подкреплена данными ономастики: в русских говорах нет устойчивой модели сложения «сам» с глаголом для прозвищ. К тому же суффикс -ев указывает на отчество, а не на прямое прозвище, что делает тюркскую версию убедительнее.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий XVI–XVII веков: к основе на -ай (Самолай) добавили притяжательный суффикс -ев (после мягкого согласного). Аналогично возникли фамилии Булгаев, Ахмадеев, Кудаев — все они восходят к тюркским именам. В документах XVII века, например в переписных книгах Казанского уезда, встречаются носители имени Самалай, что подтверждает реальное бытование этой основы.

Фамилия Самолаев не относится к дворянским — её носители, скорее всего, были крестьянами или служилыми людьми из тюркоязычной среды, перешедшими в православие. Встречаются варианты написания: Самолайев (устаревшая форма), реже — Самолаев с ударением на второй слог. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» эта фамилия не упоминается, что говорит о её локальном характере.