Фамилия Ахметбаев — понятный образец того, как русская патронимическая модель наложилась на тюркское составное имя. В основе лежит имя Ахметбай, где первая часть — Ахмет (арабское Ахмад, «достохвальный», один из эпитетов пророка Мухаммеда), а вторая — бай («господин», «богач», «хозяин» в тюркских языках). Вместе имя означает «богатый Ахмет» или «уважаемый господин Ахмет». К этой основе прибавили русский суффикс -ев, который отвечал на вопрос «чей?» и указывал на сына: Ахметбаев — сын Ахметбая.

Такая словообразовательная модель — русификация тюркских отчеств — активно работала в XIX — начале XX века при переписях и зачислении на службу. Если бы фамилия сложилась у народов, не попавших под русскую административную систему, она звучала бы иначе: у казахов — Ахметбайулы, у азербайджанцев — Ахметбай оглы. В русском же варианте суффикс -ев «съел» конечный «й» основы, хотя в старых документах встречаются формы Ахметбайев (с сохранением звука) и Ахметбаевъ (с твёрдым знаком на конце). Современное написание закрепило более краткий вариант, который, с одной стороны, роднит фамилию с Ахметовыми или Ахмадеевыми, а с другой — сохраняет узнаваемую двухкорневую основу.

Географически фамилия привязана к регионам компактного проживания башкир и татар: Башкортостан, Татарстан, Оренбургская и Челябинская области. У казахов она встречается реже, в основном в западных и северных областях Казахстана. Социальное происхождение носителей — крестьянское (тептяри, башкиры-вотчинники) или служилое; в дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована, что подтверждает её «народное», неэлитное бытование.