Фамилия Валгаева — женская форма, а её мужской вариант — Валгаев. В основе фамилии лежит прозвище или имя Валгай, которое, скорее всего, происходит от тюркского корня «вал» — быть, существовать. В тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) слово «вал» имеет значение «есть, имеется», а с добавлением аффикса -гай образует имя со значением «да будет, пусть будет». Таким образом, Валгай — это имя-пожелание, распространённый в прошлом тип имён, которые давали ребёнку, желая ему долгой и благополучной жизни. Подобные имена встречаются у многих тюркских народов, например, Булгай («будь»), Яшгай («живи»).

В русской ономастике фамилии на -ев (-ев) чаще всего указывают на происхождение от отчества: Валгаев — сын Валгая. Модель образования простая и типичная для восточнославянского именослова, но с явным иноязычным корнем. Это говорит о том, что предки носителей фамилии могли быть крещёными татарами, башкирами или представителями других тюркских народов, вошедших в состав русского государства, либо русскими, жившими в тесном контакте с тюрками и перенявшими их имена.

Географически фамилия Валгаев/Валгаева встречается в Поволжье, особенно в Ульяновской, Самарской, Оренбургской областях, а также в Татарстане и Башкортостане. Это подтверждает её тюркское происхождение: именно в этих регионах исторически жили татары и башкиры, чьи имена и прозвища переходили в русские фамилии. Встречается фамилия и у мордвы-эрзи, что неудивительно — в зоне тюрко-финского пограничья имена часто заимствовались.

В дореволюционной России носители фамилии Валгаевы относились в основном к государственным крестьянам или однодворцам — сословиям, где фамилии закрепились позже, чем у дворян, и часто фиксировались по отчеству в ревизских сказках. Написание фамилии устойчиво: с буквой «а» после «л» (Валгаев, а не Волгаев). Встречающийся изредка вариант «Волгаев» — это, скорее всего, результат народной этимологии, когда незнакомое тюркское имя переосмыслили как производное от названия реки Волги, но это ошибочная версия. Исходный корень — тюркский, а не славянский.