Фамилия Алтабаева хранит память о прозвище или имени дальнего предка. В её основе лежит мужское имя Алтабай (встречается также вариант Алтапай), от которого с помощью русского патронимического суффикса -ев и образовалась фамилия. Суффикс указывает на принадлежность: Алтабаев — «сын Алтабая». Такая модель типична для фамилий, возникших в среде, где тюркские имена сочетались с русским оформлением.

Происхождение самого имени Алтабай неоднозначно, и ономасты предлагают несколько версий. По одной из них, имя восходит к арабскому Альтаф («самый обаятельный, красивый»), а компонент -ай — это тюркский уменьшительный суффикс, придающий имени ласкательный оттенок. Другая версия связывает Алтабай с усечённой формой имени Балтабай, которое образовано от тюркских слов «балта» (топор) и «бай» (хозяин, богатый человек). Имя Балтабай давали с пожеланием, чтобы мальчик вырос крепким, как топор, и проворным. Наконец, существует предположение, что Алтабай — это имя-числительное от тюркского «алта» (шесть) и «бай»: так могли назвать шестого по счёту ребёнка в семье.

Какая из версий правдоподобнее, сказать трудно: все три лингвистически возможны, и без точных сведений о месте и времени бытования имени выбрать одну сложно. Ясно лишь, что фамилия Алтабаева — пример того, как в одной основе сплелись тюркские корни, арабское заимствование и русская грамматика. Она нередко встречается у татар, башкир и других народов Поволжья и Приуралья, где подобные модели фамилий особенно распространены.