Фамилия Вагайцевы — одна из тех, что указывает на географическое происхождение предка. Её основа — прозвище Вагаец, то есть человек, связанный с рекой Вагой. Это крупный левый приток Северной Двины, протекающий по Вологодской и Архангельской областям. Древнее название реки, как полагают лингвисты, восходит к финно-угорскому корню «важ», что означает «приток» или «рукав реки». Таким образом, прозвище Вагаец мог получить переселенец с берегов Ваги — либо тот, кто перебрался в другую местность и сохранил память о родине.

Есть и вторая, менее вероятная версия. В Тюменской области существует село Вагай, и выходца оттуда тоже могли прозвать Вагайцем. Однако первая версия считается более убедительной: река Вага известна с древности и дала название обширному региону — Важской земле, а фамилии от гидронимов в русской ономастике встречаются чаще, чем от названий небольших сёл.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе «Вагаец» добавили типичный русский суффикс принадлежности -ев. Вагайцев — буквально «сын Вагайца». Форма с суффиксом -ев, а не -ов, объясняется тем, что основа оканчивается на мягкий согласный «ц». Такая словообразовательная схема характерна для центральных и северных регионов России.

В документах фамилия фиксируется с XVII века. В переписных книгах по Архангельскому уезду встречаются крестьяне Вагайцевы, что подтверждает северное происхождение. Сословно фамилия не была аристократической: её носили в основном крестьяне и посадские люди. Сейчас Вагайцевы живут не только на Русском Севере, но и в Сибири, куда переселялись в ходе колонизации в XVIII–XIX веках.