Фамилия Зарай — редкий случай, когда географическое название перешло в фамилию почти без изменений, без типичных суффиксов -ов или -ин. Человек, получивший такое прозвище, скорее всего, был выходцем из подмосковного города Зарайск. В старину жителей городов часто называли по месту: «зараец», «зарай», то есть тот, кто родом из Зарайска. В пользу этой версии говорит и то, что фамилии, образованные от названий городов без добавления суффикса, встречаются в русской традиции, хоть и нечасто (сравните: Ростов, Смоленск, но в роли фамилии — Ростов, Смоленский).

Есть и другая, менее очевидная версия, связанная с прозвищем. В некоторых говорах «зарай» могли называть человека с особым, «заразительным» характером — то есть заразительно веселого или, напротив, вздорного, от которого все «заражаются» настроением. Однако это лишь предположение, основанное на диалектном значении глагола «заразить» (в старом смысле — поразить, насмешить или рассердить). Прямых документальных подтверждений такого прозвища в источниках по русской ономастике нет.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: фамилия представляет собой субстантивированное прилагательное или существительное в чистом виде, без патронимического суффикса. Это указывает на то, что фамилия могла закрепиться за одним человеком или семьей в качестве прозвища, а не образовывалась от имени отца. В современных списках фамилия Зарай встречается крайне редко, преимущественно в центральных регионах России.

В любом случае, искать корни фамилии стоит на карте: Зарайск — древний город, известный с XIII века, и связь с ним остается самым прямым и правдоподобным объяснением.