Фамилия Тогатай — редкий пример, где основа говорит сама за себя, а суффикс прозрачен. Это тюркская фамилия, образованная от личного имени Тогатай. В её основе лежит тюркское «тог» — «родиться» или «родня», а также «той» — «праздник». Имя Тогатай можно перевести как «рождённый на праздник» или «праздничный ребёнок». В кочевых культурах такие имена давали детям, появившимся на свет в день большого торжества или значимого события, чтобы закрепить за ними удачу и радостную судьбу.

Фамилия оформлена по русской модели нулевой суффиксации: к основе Тогатай просто добавили фамильный формант (собственно, сама основа и стала фамилией). Встречается вариант Тогатаев, где уже работает типичный русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Тогатаев сын). Оба варианта — следствие канцелярской записи в метриках: где-то писарь оставил имя как есть, где-то русифицировал окончание.

Географически фамилия привязана к регионам расселения тюркских народов: татар, башкир, казахов, ногайцев. Встречается в Оренбургской области, Башкортостане, Татарстане, а также среди астраханских татар. Сословно предки Тогатай — скорее всего, крестьяне или казаки из тюркской среды, принявшие православие или сохранившие мусульманство. Учитывая, что имя не было широко распространено, носители фамилии, вероятно, происходят из одного родового гнезда.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Тогаев, Тогусов, Тойганов) показывает, что корень «тог» в разных диалектах мог звучать как «туг» или «ток». Тогатай — более архаичная форма, сохранившая полногласие. В современных тюркских языках имя почти вышло из употребления, поэтому фамилия — живой артефакт дореволюционной ономастики.