Фамилия Такалаев — редкая и морфологически прозрачная, но её корень ставит перед исследователем несколько вопросов. Словообразовательная модель типична для русских фамилий: основа + суффикс -ев, который присоединяется к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или шипящий. В данном случае основа — «Такалай», что сразу указывает на тюркское происхождение.

Самая вероятная версия связывает фамилию с тюркским личным именем Такалай. Оно могло быть образовано от двух корней: «так» (с разными значениями в зависимости от языка — «прочный», «крепкий», иногда «петух») и «алай» (вариант имени Аллай, «великий», «славный»). В таком случае Такалай — это составное имя с пожеланием силы или славы. Менее распространённая гипотеза выводит основу из тюркского слова «така» — «козёл» или «баран», что могло стать прозвищем для упрямого, бодливого или просто хозяйственного человека. Однако для фамилии более характерна первая, именная версия.

Суффикс -ев указывает на то, что фамилия формировалась в русской языковой среде: потомков человека по имени Такалай стали называть «Такалаевы», то есть «чьи?» — принадлежащие Такалаю. Географически фамилия тяготеет к регионам смешанного славяно-тюркского населения — Поволжье, Приуралье, юг Сибири. Встречается она в основном среди татар, башкир, чувашей и русских, имеющих тюркские корни в родословной.

В отличие от массовых фамилий на -ов, у Такалаева нет однозначной привязки к одному сословию. Носители могли быть как крестьянами, так и служилыми людьми — например, казаками или толмачами, поскольку тюркские имена в XVI–XVII веках нередко встречались в пограничных областях. К сожалению, фамилия настолько редка, что её не фиксируют основные ономастические словари (Унбегауна, Никонова), что делает каждую находку по ней ценной для локальной истории.