Фамилия Валки — редкий случай, когда географическое название стало родовым именем, а не наоборот. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, образованных от прозвищ или крестильных имён с помощью суффиксов, Валки почти наверняка происходит от топонима — названия населённого пункта. На карте бывшей Российской империи таких мест несколько: город Валки (ныне в Харьковской области Украины), а также сёла и хутора с тем же именем в Прибалтике и центральной России.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: основа «Валк-» плюс окончание множественного числа «-и». Такая форма типична для фамилий, указывающих на выходца из определённой местности. Сравните: Москва — Москвичи, Торжок — Торжки. Фамилия Валки буквально означала «те, кто из Валков». Человек, переселившийся из города Валки в другое место, получал прозвание по месту прежнего жительства, которое затем закреплялось за его потомками.

Есть и вторая, менее вероятная версия — от прозвища. В южнорусских и украинских говорах «валка» (или «валок») могла означать нечто вроде «кучи», «груды» или относиться к процессу валяния шерсти. Но эта гипотеза слабая: прозвища в форме множественного числа (Валки) для русского языка нехарактерны. Если бы основа была прозвищной, фамилия скорее выглядела бы как Валков или Валкин.

Самое интересное в фамилии Валки — её региональная привязка. Основной массив носителей сосредоточен на востоке Украины и в прилегающих областях России, что совпадает с ареалом города Валки. В дореволюционных метрических книгах, по данным исследователей, эта фамилия чаще всего встречалась среди мещан и казаков Слобожанщины. Таким образом, предки современных Валков, скорее всего, были жителями уездного городка Валки, который в XVII веке возник как сторожевая крепость против крымских набегов.

Фамилия не получила широкого распространения и осталась локальной, что только подтверждает её топонимическое происхождение. В отличие от массовых «географических» фамилий вроде Московских или Рязанцевых, Валки сохранили прямую связь с конкретным, небольшим местом.